Verificación y validación de sistemas de control avanzados para un simulador de desgaste de articulaciones espinales
Autores: Iyer, Kaushikk Ravender; Keeling, David; Hall, Richard M.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Verificación y validación de sistemas de control avanzados para un simulador de desgaste de articulaciones espinales
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Bioingeniería
Palabras clave
Simulación
Tasas de desgaste
Lógica difusa
Controlador
Simuladores de articulaciones
Control de desplazamiento
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 29
Citaciones: Sin citaciones
La simulación de desgaste tiene como objetivo evaluar las tasas de desgaste y su dependencia en factores como la carga, la cinemática, la temperatura y la orientación del implante. A pesar de su importancia, existe una brecha notable en la investigación sobre los avances en los sistemas de control de simuladores y la prueba de formas de onda clínicamente relevantes. Este estudio aborda esta brecha centrándose en mejorar el controlador convencional proporcional-integral-derivativo (PID) utilizado en simuladores articulares a través del desarrollo de un controlador basado en lógica difusa. Aprovechando un sistema de control de lógica difusa de entrada única y múltiple (SIMO), este estudio tuvo como objetivo mejorar el control de desplazamiento, aumentando el enfoque tradicional de ajuste proporcional-integral (PI). La implementación y evaluación de un novedoso algoritmo de control Fuzzy-PI se realizaron en el simulador de desgaste de columna de Leeds. Este estudio también incluyó la prueba de perfiles de actividades diarias (DL), particularmente de la articulación de cadera, para ampliar el alcance de los escenarios de simulación. Si bien tanto el controlador PI convencional como el controlador Fuzzy-PI cumplieron con los criterios de tolerancia ISO para el perfil de flexión-extensión (FE) de la columna a 1 Hz, el controlador Fuzzy-PI demostró un rendimiento superior a frecuencias más altas y con perfiles DL debido a su capacidad de ajuste adaptativo en tiempo real. El controlador Fuzzy-PI representa un avance significativo en la simulación de desgaste articular, ofreciendo funcionalidades de control mejoradas y una emulación más precisa de la dinámica fisiológica del mundo real.
Descripción
La simulación de desgaste tiene como objetivo evaluar las tasas de desgaste y su dependencia en factores como la carga, la cinemática, la temperatura y la orientación del implante. A pesar de su importancia, existe una brecha notable en la investigación sobre los avances en los sistemas de control de simuladores y la prueba de formas de onda clínicamente relevantes. Este estudio aborda esta brecha centrándose en mejorar el controlador convencional proporcional-integral-derivativo (PID) utilizado en simuladores articulares a través del desarrollo de un controlador basado en lógica difusa. Aprovechando un sistema de control de lógica difusa de entrada única y múltiple (SIMO), este estudio tuvo como objetivo mejorar el control de desplazamiento, aumentando el enfoque tradicional de ajuste proporcional-integral (PI). La implementación y evaluación de un novedoso algoritmo de control Fuzzy-PI se realizaron en el simulador de desgaste de columna de Leeds. Este estudio también incluyó la prueba de perfiles de actividades diarias (DL), particularmente de la articulación de cadera, para ampliar el alcance de los escenarios de simulación. Si bien tanto el controlador PI convencional como el controlador Fuzzy-PI cumplieron con los criterios de tolerancia ISO para el perfil de flexión-extensión (FE) de la columna a 1 Hz, el controlador Fuzzy-PI demostró un rendimiento superior a frecuencias más altas y con perfiles DL debido a su capacidad de ajuste adaptativo en tiempo real. El controlador Fuzzy-PI representa un avance significativo en la simulación de desgaste articular, ofreciendo funcionalidades de control mejoradas y una emulación más precisa de la dinámica fisiológica del mundo real.