مدلسازي تحريك عصبي عضلات حين راه رفتن با در نظر گرفتن تابع چند هدفه در حل مسئله افزونگي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

راه رفتن يكي از بنيادي ترين حركات انساني است كه تأثير قابل توجهي بر كيفيت زندگي و فعاليت هاي روزمره افراد دارد. اين حركت پيچيده نتيجه هماهنگي دقيق و مداوم ميان سيستم هاي عضلاني، اسكلتي و عصبي است. براي درك عميق تر اين فرآيند پيچيده، مدلسازي و شبيه سازي سيستم اسكلتي عضلاني به عنوان يكي از ابزارهاي مؤثر مورد استفاده قرار ميگيرد. مدل هاي اسكلتي عضلاني امكان تحليل مكانيزم هاي حركتي مختلف، از جمله تأثير نيروها، گشتاورها و فعاليت ماهيچه ها را فراهم مي كنند. با توجه به وجود افزونگي ذاتي سيستم عصبي عضلاني، تركيب هاي متعددي از فعالسازي عضلات مي توانند منجر به يك حركت خاص شوند. براي مديريت اين افزونگي، شبيه سازي حركت راه رفتن با استفاده از مدل هاي اسكلتي عضلاني انجام شده و مسئله از طريق شرايط بهينگي حل ميشود. در اين پژوهش، از يك مدل اسكلتي عضلاني پيشرفته در صفحه ساجيتال استفاده شده است. در مرحله نخست، حركت راه رفتن با بهره گيري از داده هاي تجربي راه رفتن طبيعي انسان شبيه سازي شد. همچنين، به منظور تحليل دقيق تر نيروهاي اعمال شده بر مفاصل، يك مدل رياضي براي زمين طراحي گرديد تا نيروي عكس العمل زمين در هر لحظه از چرخه راه رفتن محاسبه شود. سپس، فرآيند بهينه سازي با اهداف كاهش نيروهاي وارد بر مفاصل زانو و ران انجام شد تا تأثير اين كاهش بر ميزان فعاليت ماهيچه ها ارزيابي شود. در ادامه، با استفاده از هشت پارامتر كليدي مرتبط با طراحي گيت، راه رفتن در سه حالت مختلف شامل راه رفتن طبيعي، راه رفتن با زانوهاي خم تر، و راه رفتن با زانوهاي بازتر از حالت طبيعي مورد بررسي قرار گرفت. مشاهده شد نتايج حاصل از بهينه سازي با تابع هدف نرم دو نيروي عضلات، با نحوه فعاليت ماهيچه ها از داده هاي تجربي گيت نرمال همخواني داشت.همچنين ملاحضه شد كه ميزان فعاليت ماهيچه گسترونموس و نيروي محوري زانو رابطه مستقيمي دارد. همچنين كاهش فعاليت ماهيچه هاي ران باعث كاهش نيروي محوري اين مفصل مي شود. در خصوص الگوي راه رفتن مشاهده شد كه هرچه زانو حين راه رفتن خم باشد نيروي وارد بر آن به خصوص نيروي محوري بسيار زياد بوده و فشار زيادي به زانو وارد مي شود.

233350

بيوالكتريك

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان