На основании электромиографических (ЭМГ) исследований различных видов патологической ходьбы рассмотрены наиболее типичные формы трансформации ЭМГ-профиля мышц: 1) уменьшение электрической активности мышц в течение локомоторного цикла: либо равномерное, либо с преимущественной редукцией в области максимальных значений (в зоне М); первый вариант встречается при поражении нервно-мышечных структур, второй имеет функциональный генез, так как связан с изменением биомеханических условий работы мышц при ходьбе; 2) увеличение электрической активности мышц в течение цикла с пролонгированием ее максимумов из зоны М в зону У (умеренной активности); 3) полное перемещение максимумов электрической активности в другую фазу цикла, обычно из зоны М в зону У. Высказано предположение, что все формы трансформации ЭМГ-профиля мышц, за исключением резкого равномерного снижения активности при поражении нервно- мышечных структур, имеют афферентное происхождение. Эти формы изменения ЭМГ-профиля, вероятно, обусловлены нарушением биомеханических условий работы мышц при патологической ходьбе, в частности, увеличением или уменьшением нагрузок на мышцы.

Бесплатно

Трехмерный конечно-элементный анализ влияния ударной нагрузки от импактора переменной массы на распределение напряжений на поверхности "кость - имплантант"

Джеббар Н., Бачири А., Бутабут Б.

Статья научная

Применение имплантатов в стоматологии получило широкое распространение. Имплантаты, как правило, устанавливаются в частных стоматологических клиниках квалифицированными врачами. Биоматериалы - это материалы, которые предназначены для контакта с живой тканью и/или с биологическими жидкостями для оценки лечения изменения стандартов или замены любой ткани, органа или функции организма. Цель статьи - сравнить различия в напряжениях по Мизесу в системе «кость - имплантат» при ударном взаимодействии со сферическим и коническим имкаторами различной массы для того, чтобы подобрать подходящий материал коронки и защитить ткани, окружающие имплантат. Представлена геометрия модели для исследования проблемы контакта между двумя твёрдыми телами (коронка, импактор) без трения на границе «кость - имплантат» Рассмотрена задача о взаимодействии импактора с коронкой зуба, решённая методом конечных элементов. Были выполнены расчёты, где варьировалась масса импактора обеих форм. Результаты показали, что часть нагрузки передавалась на коронки костной ткани; причём в кортикальной кости напряжения были выше, чем в губчатой. Максимально напряжение по Мизесу, создаваемое сферическим импактором, ниже по сравнению с коническим импактором. При большой массе импактора напряжения могут быть критическими и привести к нарушению сплошности имплантата, а также кортикальной и губчатой костных тканей, как было показано в этом анализе. Распределение напряжений и их величина зависят от массы импактора, а при варьировании массы импактора вид кривых был идентичный. Показано, что напряжения по Мизесу увеличиваются с возрастанием массы импактора на имплантате и окружающих его тканях (кортикальные и губчатые кости).

Бесплатно

Трехмерный конечно-элементный анализ влияния утраты дентального имплантата на распределение напряжения в имплантационном протезе нижней челюсти

Розов Р.А., Хигучи К.У., Брунски Д., Трезубов В.Н., Смердов А.А., Мишнев М.Л.

Статья научная

Имплантационный протез может иметь всего три опорных имплантата, и утрата одного из них может повлечь за собой потерю всей конструкции. Каркасом конструкции Trefoil является стандартная балка из высокопрочного титана. При циклическом нагружении металлов и металлических конструкций возникает эффект, уменьшающий прочностные характеристики - усталость. Предел усталости - значение напряжений, ниже которых разрушить конструкцию циклической нагрузкой невозможно. Целью работы является выбор тактики ведения пациента с утратой дистального имплантата и ее обоснование на основании результатов трехмерного конечно-элементного анализа влияния утраты одного дентального имплантата на биомеханику имплантационного протеза нижней челюсти с тремя опорами. Моделирование нагружения мостовидного протеза осуществлялось с помощью пакета для конечно-элементного анализа Ansys 19.3. Решалась задача определения напряженно-деформированного состояния протеза и его составных частей - имплантатов и непосредственно каркаса - балки. По полученным значениям напряжений делался вывод о состоянии металлических конструкций при циклическом силовом воздействии. Геометрическая модель представлена нижней челюстью, включающей компактный и губчатый слои, мостовидной конструкцией с двумя имплантатами, ввернутыми в резьбу губчатого слоя, и зубами, закрепленными на имплантационной конструкции. Для ее получения использованы результаты компьютерной конусно-лучевой томограммы реального пациента. Конечно-элементная модель состоит из 383 507 тетраэдральных элементов второго порядка и 619 339 узлов. Составные части соединены между собой контактными элементами типа Bonded , имитирующими жесткое соединение без проскальзывания. В соответствии со значением предела усталости для нагруженной титановой имплантационной конструкции 220 МПа сделан вывод о том, что при нагрузке 100 Н конструкция протяженного протеза, в которой возникают максимальные напряжения 154 МПа в случае нагружения левой части челюсти, может выдержать неограниченное количество циклов нагружения. Определена врачебная тактика при возможном выключении из функции или удалении одного из трех опорноудерживающих имплантатов конструкции Trefoil : необходимо отказаться от демонтажа протеза до момента реимплантации.

Бесплатно

Трибология клеток хряща в биореакторе

Вежхольский К.

Статья научная

Темой данного исследования являются аспекты оптимизации выращивания клеток сустава человека с точки зрения трибологии. Для этого используются системы управления с целью изменения различных параметров течения биологических жидкостей (давление, скорость, колебания, величины сил трения), омывающих клетки в биореакторе. В работе описывается прототип мини- биореактора, разработанный для решения этих задач. При построении моделей течения вязкой жидкости в пограничном слое и потенциального течения будут использованы уравнения гидродинамики с граничными условиями для биологических жидкостей, омывающих клетки, а также образцы ткани суставного хряща. С помощью аналитических и численных методов будут определены поля скоростей вязкоупругой, неньютоновской, биологической и питательной жидкостей, а также силы трения, возникающие вблизи поверхностей клеток в процессе выращивания. Кроме того, будут учтены потенциальные течения жидкостей, которые обеспечивают питание хрящевого сустава после трансплантации. Будет проведено сравнение значений сил трения, которые определялись аналитически и численно, с величинами, измеренными атомно-силовым микроскопом. Аналитическое и численное решения будут получены с использованием современных методов гидродинамики тонкого слоя, гипо- и гиперупругости мягких тканей.

Бесплатно

Углерод-углеродные материалы для ортопедии и травматологии

Синани И.Л., Щурик А.Г., Осоргин Ю.К., Бушуев В.М.

Статья научная

Описаны строение и особенности производства углерод-углеродных композиционных материалов, пригодных для использования при оперативном хирургическом лечении дефектов костной ткани. Установлена взаимосвязь свойств углерод-углеродных композиционных материалов с наполнителем из пакетов ткани Урал-ТМ/4 при изменении скорости движения зоны пиролиза и градиента температуры в процессе осаждения пироуглеродной матрицы. Этим обеспечена возможность достижения уровня механических свойств материала «Углекон-М-Т», сравнимых со свойствами нативной кортикальной кости. Поверхность имплантатов из этого материала была герметизирована нанесением слоя тонкодисперсного углерода, уплотнённого и покрытого слоем пироуглерода в одном технологическом цикле. Накопленный опыт клинического применения имплантатов из этого материала позволяет использовать их для оперативного хирургического лечения травм и замещения дефектов костной ткани.

Бесплатно

Удар по спортивному мячу

Рудаков Р.Н., Подгаец Р.М.

Статья научная

На основе классической теории удара рассмотрен отскок спортивного мяча сферической формы от ударяющего тела и неподвижной плоскости. Исследованы случаи удара по неподвижному и движущемуся мячу. Построена достаточно общая теория определения скорости движения центра масс мяча и угловой скорости его вращения после удара.

Бесплатно

Управление биологическим ростом как задача механики

Логвенков С.А., Штейн А.А.

Статья научная

Сформулированы общие принципы математического моделирования биологического роста как совокупности взаимосвязанных транспортных и ростовых процессов с учетом регуляторных механизмов различной природы. Задача о движении корня в почве дает пример механохимического управления в нормальном развитии: устойчивость прямолинейного роста обеспечивается взаимодействием ростовых свойств корня и его гравирецепторной реакции. Рассмотрен также пример управления искусственно организованным ростом - дистракционным остеогенезом в длинной кости, закрепленной в аппарате внешней фиксации. Замедлить развитие неустойчивости этого процесса возможно выбором подходящего режима растяжения, отслеживающего развивающиеся напряжения.

Бесплатно

Управление движением антропоморфного робота по принципу естественных синергий у человека

Александров А.В., Фролов А.А., Мергнер Т., Хеттик Г., Фролов А.М.

Статья научная

Введенный изначально в области исследования живых систем принцип двигательного управления, основанный на независимом контроле движений вдоль собственных векторов динамического уравнения (естественных синергий) во время вертикального стояния у человека, предлагается использовать для управления движениями вертикально стоящего антропоморфного робота PostuRob II с пневматическими приводами, действующими в тазобедренном и голеностопном суставах. Предлагаемый принцип двигательного управления осуществляется с помощью двух независимых пропорционально-дифференциальных контроллеров с временными задержками в петлях обратной связи для каждой из двух естественных синергий. Представлены результаты экспериментов с движениями робота, которые осуществлялись под управлением пропорционально-дифференциальных контроллеров с теоретически найденными параметрами обратной связи, обеспечивавшими устойчивость управления. В работе продемонстрировано, что организация двигательного управления антропоморфным роботом на основе независимого контроля естественных синергий может обеспечить устойчивое управление движениями антропоморфного робота, несмотря на наличие задержек в петлях управления по обратной связи порядка сотен миллисекунд и такие неучтенные при моделировании управляющего контроллера факторы, как различного рода нелинейности, шумы, неточности показаний сенсоров, трение, люфты и т.д. Приводятся результаты исследования переходных характеристик управления, которые наблюдались в экспериментах с роботом PostuRob II.

Бесплатно

Управление деформацией ферроэластов с помощью магнитного поля

Райхер Ю.Л., Столбов О.В.

Статья научная

В работе описаны характерные свойства новых функциональных материалов - мягких магнитных эластомеров (ММЭ), сформулирован континуальный подход к их моделированию и записана система уравнений изотермической равновесной магнитомеханики этих сред. Для простейшего геометрического тела - сферы - рассмотрен вызываемый намагничиванием стрикционный эффект, который в реальных ММЭ достигает сотен процентов. В пределе малых деформаций задача имеет точное решение, которое противоречит известной гипотезе о том, что в результате стрикции шар принимает форму сфероида. Выполненное сравнение с экспериментом показало, что линейное приближение (малые деформации) пригодно при вытяжке тела до 15%. Для конечных деформаций разумные результаты дает модель, в которой использованы простое (пусть и не строгое) приближение сфероида и уравнение магнитного состояния, учитывающее насыщение намагниченности. Применение гигантской стрикции мягких магнитоэластов рассматривается как перспективный путь создания искусственных биосистем, в частности, в процессах биотехнологии.

Бесплатно

Управление с обратной связью в классической системе типа «хищник-жертва»

Русаков С.В., Чирков М.В.

Статья научная

На основе классической системы популяционной динамики типа «хищник-жертва» поставлена задача управления. Анализируется случай, когда значения параметров системы неизвестны, а значения фазовых переменных могут быть измерены в любой момент времени с необходимой точностью (кибернетическая модель «белый ящик»). Управление означает возможность добавлять (убавлять) в систему извне любое необходимое количество «жертвы». Задача описана нелинейной системой обыкновенных дифференциальных уравнений. Цель управления заключается в обеспечении асимптотической стабилизации численности «хищника» около заданного значения. С помощью первого метода Ляпунова проведено исследование устойчивости управления. Получены ограничения на параметры системы уравнений, при выполнении которых решение является устойчивым (неустойчивым) узлом или устойчивым (неустойчивым) фокусом. Поскольку параметры системы неизвестны, достижение цели управления возможно только при использовании алгоритмов управления с обратной связью. Рассмотренный алгоритм основан на использовании регулятора ПИД (пропорционального, интегрального, дифференциального). С использованием критерия Рауса-Гурвица получены ограничения на управляющие параметры. Для данной системы установлено основное функциональное назначение составных частей ПИД-регулятора. Показано, что для рассматриваемой системы недостаточно ПИ-регулятора и только наличие дифференциального слагаемого обеспечивает возможность устойчивого управления для любого соотношения параметров системы. Приведены результаты вычислительных экспериментов с различными наборами управляющих параметров. Рассматриваемое управление переводит систему в устойчивое стационарное состояние при выполнении полученных ограничений. Также рассмотрены вопросы идентификации параметров модели. Показано, что использование управления в виде ПИД-регулятора позволяет эффективно решать обратную задачу определения параметров классической системы «хищник-жертва».

Бесплатно

Упругая линейная, билинейная, нелинейная экспоненциальная и гиперупругие модели кожи

Муслов С.А., Перцов С.С., Чижмаков Е.А., Асташина Н.Б., Никитин В.Н., Арутюнов С.Д.

Статья научная

Результаты одноосных механических испытаний, проведенных на коже спины верхней, средней и нижней её части in vitro были сопоставлены с линейной, билинейной и нелинейной экспоненциальной, а также пятью гиперупругими моделями. Результаты показали, что деформационные свойства тканей зависят от её местоположения и наилучшим образом описываются экспоненциальной функцией σ = a ·(exp( b ·ε) - 1), где a и b - материальные константы, зависящие от локализации и направленности образцов по отношению к линиям Лангера. Определены параметры упругих дифференциальных модулей E (ε) тканей (минимальные, средние и максимальные значения). Дифференциальный модуль упругости является инкрементальным (возрастающим с деформацией от 8.57 до 154.44 МПа), а уравнение регрессии имеет вид E = a · b ·exp( b ·ε) ( r = 0.998) и весьма точно характеризует его упругое поведение. Модуль Юнга образцов, параллельных линиям Лангера выше, чем в косом (45º) и поперечном направлении, а в средней части спины больше, чем в верхней и нижней части ( E ср(ε) = 56.59, 35.76, 21.74 МПа, соответственно), коэффициент упругой анизотропии равен 3.49. Рассмотрены линейная ( r = 0.965) и билинейная ( r = 0.967) упругие модели и определены численные значения параметров моделей. Для изучения гиперупругих свойств кожи были использованы: неогуковская, Муни-Ривлина, Огдена, полиномиальная и Веронда-Вестманн ( V - W ) феноменологические модели. Расчеты производились в системе компьютерной алгебры Mathcad 13.0 и многоцелевом пакете программ ANSYS 2022 R 2. Определены параметры моделей и теснота корреляционной связи между опытными и расчетными данными. Коэффициент корреляции использовался как критерий соответствия моделей и реальных свойств тканей. Наибольшую корреляцию с экспериментальными значениями продемонстрировала полиномиальная модель ( r = 0.9997) и модель Веронда-Вестманн ( r = 0.999), наименьшую - неогуковская ( r = 0.935). Значения модулей Юнга и других упругих и гиперупругих характеристик тканей сравнивались для изучения факторов, влияющих на механическое поведение кожи спины человека.

Бесплатно

Упругая податливость и кровоснабжение дистракционного регенерата

Щуров В.А.

Статья научная

Обследовано 108 пациентов в возрасте от 7 до 33 лет с врожденным или приобретенным отставанием в продольном росте одной из нижних конечностей на 2-11 см до и после её оперативного удлинения по методу Илизарова. С помощью тензометрической установки по величине взаимного сближения спиц аппарата Илизарова, выходящих из большеберцовой кости выше и ниже дистракционного регенерата, оценивали жесткость костного регенерата при ступенчатом по 10 кГс увеличении функциональной осевой нагрузки на конечность. Показано, что в процессе удлинения голени скорость кровотока в артериях костного регенерата, определяемая методом высокочастотной ультразвуковой допплерографии, существенно повышалась. С увеличением длительности периода фиксации показатель податливости костного регенерата уменьшался, снижаясь в течение первого месяца в три раза. В период дистракции с каждым шагом ступенчато возрастающей функциональной нагрузки показатель «податливость костного регенерата» становился больше, а в период фиксации - изменялся равномерно. Податливость дистракционного регенерата в период фиксации возрастала при увеличении его высоты до 6 см, а затем становилась меньше, поскольку от концов костных отломков осуществлялась его компактизация. Скорость кровотока в сосудах регенерата по мере увеличения функциональной нагрузки на конечность становилась ниже. После окончания оперативного удлинения конечности о зрелости регенерата можно судить не только по величине его податливости, но и по величине переносимой функциональной нагрузки, при которой не наблюдалось нарушения кровообращения в его сосудах.

Бесплатно

Упруго-прочностные свойства периорбитальных тканей при различных офтальмопатологиях

Иомдина Е.Н., Филатова И.А., Ситникова Д.Н.

Статья научная

Проведено сравнительное изучение упруго-прочностных свойств тканей верхнего века (кожи, леватора, круговой мышцы) при его опущении (птозе), кожи нижнего и верхнего века, бровей и конъюнктивы с рубцовыми деформациями, а также свободных трансплантатов (избытка кожи верхнего века, кожи заушной области и внутренней поверхности плеча, слизистой губы), используемых для реконструктивно-пластического хирургического лечения. Представлены результаты механических испытаний 400 образцов данных тканей, полученных при оперативном лечении птоза и травматического повреждения 194 пациентов в возрасте от 3 до 80 лет. Выявлены особенности, связанные с возрастом, тяжестью птоза и видом травматического повреждения. Установлены соответствия ключевых биомеханических параметров реконструируемой и трансплантируемой ткани, которые могут служить критерием для выбора наиболее адекватного трансплантата при реконструктивном лечении рубцовых деформаций периорбитальной области

Бесплатно

Упругость и вязкость поверхностных тканей грудной клетки человека

Дьяченко А.И., Веремьева М.В., Фомина Е.С.

Статья научная

Целью работы являлось определение вязкоупругости поверхностных мягких тканей грудной клетки человека. С помощью вибрационного вискоэластометра ВВЭМ-5 измерили упругость Е и вязкость V слоя поверхностных мягких тканей, находящегося под индентором, колеблющимся на частоте 40 Гц. При этом использовали реологическую модель Фойгта. Применяя модель однородного вязкоупругого слоя, расположенного на жестком основании, нашли величины модуля сдвига µ и коэффициента сдвиговой вязкости η среды слоя поверхностных тканей. В исследованиях участвовали 12 здоровых добровольцев - мужчин в возрасте от 19 до 22 лет. У каждого испытуемого измерили вязкость и упругость, а также толщину слоя поверхностных мягких тканей, расположенных в шести различных точках на правой стороне поверхности грудной клетки. Для более наглядного представления о характере распределения упругости и вязкости тканей по поверхности грудной клетки величины упругости и вязкости представлены как в виде исходных размерных, так и в виде относительных величин, нормированных на средние значения упругости и вязкости данного испытуемого. Всего проведено 323 измерения вязкости и упругости. Обнаружено, что распределения величин вязкости и упругости не являются нормальными, они больше похожи на логнормальные. В пяти из шести точек измерения вязкоупругих свойств у всех испытуемых проводились в фиксированных областях. Исследовали локальные различия вязкости и упругости тканей в этих областях. Обнаружили, что вязкость поверхностных тканей, расположенных ближе к подмышечной впадине, больше, чем в других исследованных областях грудной клетки. Таким образом обнаружены локальные различия вязкости тканей и рассмотрена проблема влияния вязкоупругости поверхностных тканей на результаты измерения вибраций тканей с использованием контактных датчиков.

Бесплатно

Упругость и релаксационные свойства ротовой жидкости

Рожков А.Н.

Статья научная

Исследование направлено на создание метода реологического тестирования упруговязких жидкостей, капли которых при растяжении формируют утончающиеся нити, т.е. проявляют свойство прядомости. Типичным представителем таких жидкостей является ротовая жидкость (или смешанная слюна). Среди прочего реологические особенности ротовой жидкости активно влияют на механизмы передачи инфекции воздушно-капельным путем. В данной работе ротовая жидкость исследовалась как с точки зрения участника процесса передачи инфекции, так и как модель для изучения реологии упруговязких жидкостей. В основе метода - видеозапись растяжения капли тестируемой жидкости между ножками пинцета и последующего самопроизвольного утончения сформированной капиллярной нити жидкости. Процесс управляется конкуренцией сил инерции, упругости, капиллярности. Путем анализа видеозаписи удается проследить вклад каждого фактора и в рамках реологического уравнения состояния (модели) Олдройда/Максвелла определить численные значения всех констант модели. Полученные реологические характеристики ротовой жидкости позволят теоретически моделировать процессы формирования капель ротовой жидкости при чихании, кашле, разговоре, а также процессы столкновения капель с защитными масками, фильтрами и другими препятствиями. В целом предложенный метод реологического тестирования применим для изучения широкого класса упруговязких жидкостей, в том числе и биологических. Среди последних - бронхиальная мокрота, синовиальная жидкость, жидкости репродуктивных функций и др. Метод отличает простота проведения опыта и использование элементарного оборудования.

Бесплатно

Ускорение головы спортсмена при выполнении силовых приемов в хоккее с шайбой

Самсонова А.В., Михно Л.В., Ципин Л.Л., Самсонов Г.А., Чичелов И.А.

Статья научная

В современном хоккее с шайбой силовые приемы являются одним из основных элементов противодействия противнику. Однако, наряду с другими игровыми действиями, они часто приводят к травмам. Одна из причин травм - чрезмерное ускорение головы спортсмена, что особенно важно учитывать в детско-юношеском хоккее. В связи с этим в настоящей работе проведен анализ значений ускорения головы спортсмена при выполнении широко применяемых хоккеистами силовых приемов: «толчок плечом в плечо при параллельном движении» и «толчок плечом в плечо при встречном движении». Кроме того, рассмотрены запрещенные правилами, однако также применяемые в ряде случаев приемы: «толчок клюшкой в спину» и «толчок клюшкой в грудь». Ускорение головы определялось посредством специального акселерометрического устройства, включающего укрепленный на шлеме хоккеиста трехкоординатный датчик. В результате измерения ускорения головы двух хоккеистов-юношей среднего возраста при выполнении силовых приемов в процессе тренировки вне льда и на льду обнаружено, что наибольшего значения (27,8 ± 11,1) g ускорение головы достигает при выполнении вне льда запрещенного приема «толчок клюшкой в грудь». При этом максимальное ускорение (50,4 g ) зафиксировано при падении игрока на спину. Защитные действия игрока в остальных случаях привели к существенно меньшим значениям ускорения. На льду наибольших значений (26,8 ± 7,6) g ускорение головы достигает при выполнении приема «толчок плечом в плечо при параллельном движении». При этом максимальное ускорение (42,3 g ) зафиксировано в случае, когда толчок пришелся преимущественно в плечо, а не в спину. Таким образом, формирование технически правильных защитных действий игрока как при тренировке вне льда, так и на льду позволяет снизить риск возникновения травм головы.

Бесплатно

Установка для определения направления, скорости и времени прохождения аэрозольного облака, образуемого при кашле и чихании: результаты работы (в рамках программы борьбы с COVID-19)

Парфентьева Н.А., Парфентьев Н.А.

Статья научная

Признано, что Covid -19 в основном передается воздушно-капельным путем. Особенно опасно чихание и кашель больного, когда вместе со струей воздуха, движущейся с большой скоростью (при чихании скорость воздушного потока может быть около 150 км/ч), вылетают капельки жидкости, содержащие вирусы. Для создания физической и численной моделей, описывающих эти процессы, и расчетов концентрации аэрозольных частиц не хватает экспериментальных данных. Дается описание установки для оценки изменяющегося со временем распределения скоростей и изменения формы аэрозольного облака, возникающего при кашле и чихании. Предлагаемый экспериментальный метод позволяет получать данные о распределении относительных скоростей при однократном акте выделения воздуха. Эти данные затем калибруются по измерениям абсолютной скорости с помощью датчика с низкой чувствительностью, устанавливаемого вблизи источника. Целью проводимых исследований является определение направления и скорости движения облака, несущего капли с вирусом, а также времени его прохождения мимо потенциальных реципиентов. По этим данным можно оценить полученную дозу инфекции и зависимость этой дозы от расстояния между источником и человеком, находящимся недалеко от него. Исследование не претендует на полноту, которая может быть достигнута при изучении больших групп испытуемых, но после его завершения сможет служить исходным материалом для приближенных к реальности цифровых моделей передачи инфекции. Работа содержит также предварительные результаты первого цикла экспериментов на этой установке. На основе полученных результатов даются практические рекомендации, направленные на противодействие распространению инфекции.

Бесплатно

Устойчивое управление позой и движениями стоящего гуманоида по принципу естественных синергий у человека

Александров А.В., Мергнер Т., Фролов А.А., Хеттик Г., Муравьев И.П.

Статья научная

Теоретически и экспериментально исследуются биологически адекватные принципы устойчивого управления движением тела стоящего гуманоида. Теоретическая часть основана на количественном анализе биомеханической модели тела человека с некоторыми типичными антропометрическими параметрами. Экспериментальная часть включает измерения на антропоморфном роботе, в котором реализованы принципы устойчивого управления, найденные теоретически. Анализ проводится в терминах движений вдоль собственных векторов динамического уравнения («собственных» (естественных) синергий, исследованных авторами ранее в экспериментах с движениями человека). Основным результатом работы явилось экспериментальное подтверждение возможности устойчивого управления реальным механическим антропоморфным роботом путем независимого управления каждой из естественных синергий.

Бесплатно

Уточнение индивидуальной зависимости модуля упругости трабекулярной костной ткани от объемного содержания матрикса

Акулич Ю.В., Акулич А.Ю., Денисов А.С., Шайманов П.С., Шулятьев А.Ф.

Статья научная

Зависимость модуля упругости трабекулярной костной ткани от объемного содержания матрикса используется при моделировании процесса адаптации костной ткани как изотропной среды, поскольку устанавливает связь механических свойств с параметрами структуры. Известные зависимости имеют вид степенной функции модуля упругости материала трабекулы и объемного содержания матрикса. Они чувствительны к локализации губчатой костной ткани и удовлетворяют определяющему соотношению Ковина ( Cowin, 1976). Однако они обладают неопределенной погрешностью, поскольку не учитывают ориентацию трабекул, влияющую на выбор модуля упругости материала трабекулы, а также свойство минимальности структуры (Бэрджери - Ру, Berjery - Roux, 1895), согласно которому максимальная прочность достигается при минимальных затратах материала, т.е. плотности. Цель настоящего исследования - уточнение данной зависимости, основанное на учете этих фундаментальных свойств строения трабекулярной костной ткани. В соответствии с законом Вольфа ( Wolff, 1892) трабекулы костной ткани в результате структурной адаптации ориентированы продольной осью вдоль траектории первого главного напряжения. Этим обеспечивается наибольшая прочность структуры, и, следовательно, модуль упругости материала трабекулы равен модулю упругости трабекулы в направлении ее продольной оси. Для учета свойства минимальности показатель степенной функции в соотношении для упругого модуля материала представляется линейной функцией от объемного содержания матрикса, где коэффициент, стоящий перед объемным содержанием матрикса, находится из условия предполагаемой (в силу завершенности эволюции) однородности критерия оптимальности для минимальной структуры в рассматриваемой области костной ткани. Критерий оптимальности заключается в стремлении к максимуму отношения предела прочности к плотности (Образцов, 1989). Учет строения трабекулярной структуры приводит к возрастанию локального и среднего по области проксимального отдела бедра модуля упругости (на 84%) и уменьшению относительного стандартного отклонения (на 40%), не изменяя характер распределения.

Бесплатно

Уточнение прикуса на основе биомеханического моделирования

Тверье В.М., Никитин В.Н., Кротких А.А.

Статья научная

В данной работе на основе задачи управления коррекцией прикуса с учетом положения диска височно-нижнечелюстного сустава моделируется влияние положения нижней челюсти на усилия в жевательных мышцах и реакции височно-нижнечелюстных суставов. Получены зависимости усилий жевательных мышц и реакции височно-нижнечелюстных суставов при варьировании параметров прикуса в физиологическом диапазоне их нормальных значений при ограничениях на напряжения в теле нижней челюсти и диске височно-нижнечелюстного сустава. Разработана методика уточнения положения прикуса, параметры которого выбраны стоматологом, с анализом усилий жевательных мышц и реакции височно-нижнечелюстных суставов, а такжес анализом напряжений, возникающих в теле нижней челюсти и диске височно-нижнечелюстного сустава. Данные результаты позволяют дать рекомендации по уточнению выбранного стоматологом варианта коррекции прикуса с долгосрочным прогнозом возможности появления патологических изменений в зубочелюстной системе. Предложенная методика уточнений положения прикуса дополняет существующую методику коррекции количественными показателями, позволяющими уменьшить, по-нашему мнению, количество повторных обращений и вероятность появления негативных последствий, связанных с изменением прикуса. В работе приведен пример использования данной уточняющей методики коррекции прикуса и проанализированы полученные результаты.

Бесплатно

Журнал