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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

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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


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.

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