۲۲۶۳۱پ
per
گسترش مدل عضله هیل برای در نظر گرفتن تاثیر نیروی جانبی در تولید نیرو در عضله
Expansion of Hill Muscle Model with Respect to Lateral Loading Effects
/رضا امامی
: مهندسی برق و کامپیوتر
، ۱۳۹۸
، افشار
۷۷ص
چاپی - الکترونیکی
کارشناسی ارشد
مهندسی‌پزشکی
۱۳۹۸/۱۰/۰۹
تبریز
شبیه‌صسازی های عضلات در سطح ماکروسکوپیک عموما بر اساس مدل یک بعدی هیل بوده که در این مدل عضله به عنوان یک المان مجزا تولید کننده نیرو در نظر گرفته می شود .اگرچه ویژگی‌صهای متعددی از عضله با انجام آزمایش بر روی عضلات جراحی شده و خارج شده از بدن تعیین می-گردد، مطالعات جدید نشان داده که بارگذاری تک محوره عمودی بر روی عضلات می تواند نیروی حداکثری تولید شده را در انقباض ایزومتریک کاهش دهد .همچنین ثابت شده که نیروصهای جانبی میتواند منجر به تاخیر در رسیدن عضله به نیروی ماکزیمم شود .در این تحقیق، با استفاده از مدل-سازی جعبه خاکستری دید تازه‌صای نسبت به تغییر رفتار و مکانیزم عضله گستراکنیموس موش در هنگام انقباض تحت بار جانبی ارایه شده .برای دسترسی به این هدف، با این فرض که خواص عضله بعد از بارگذاری جانبی تغییر خواهد کرد، تغییر خواص عضله مربوط به رابطه طول عضله با نیرو به شکلی بهینه شده رابطه هیل قادر به پیش‌صبینی تاریخه تولید نیرو در عضله با حداقل جذر میانگین مربع خطاها در مقایسه با داده‌صهای تجربی باشد که در تحقیقات پیشین منتشر شده است .مقادیر بهینه شده نیرو طول منجر به پیش‌صبینی بهتر نتایج شبیه‌صسازی تحت بارهای جانبی متفاوت شد .با این حال در مورد بارهای جانبی بالا) بیش از ۳/۱ نیوتن (بهنه‌صسازی این خواص به تنهایی کافی نبود و تنظیم نسبت دنده‌صای) نسبت بین بالا آمدن شکم عضله به تغییر طول بخش منقبض شونده عضله (نیز انجام شد .با استفاده از مقادیر بهینه شده، کاهش مقدار جذر میانگین مربع خطاها به شکل قابل توجهی مشاهده گردید :برای بارهای جانبی۶۴/۰ ۱۳/۱ ، ۶۲/۱ نیوتن خطا از ۲۷/۰ برای دو مورد اول به ترتیب به۱۳/۰ ،۰۶/۰ و برای مورد سوم از ۶۳/۰ به ۰۱/۰ کاهش یافته است در حالی که برای بار ۱۱/۲ نیوتن و ۶/۲ نیوتن به ترتیب کاهش از ۶۳/۰ و ۸/۰ به ۰۱/۰ دیده شده است .به طرز مشابهی نیروی ماکزیمم در شبیه سازی نسبت به نیروی ثبت شده در آزمایشات برای همین بارهای جانبی بهبود قابل توجهی یافته است
Simulations of muscles at macroscopic levels have been mostly relying on hill-type one-dimensional models, considering them as isolated force generating elements. While Various muscles properties are obtained by examining excised muscles, recent studies nevertheless highlighted that uniaxial transversal loading can affect the maximum generated forces in isometric contractions. It has been also proven that transversal loads can make a muscle reach its maximum force value with more delay compared to an isolated muscle. By means of Grey box modeling, the current study was carried out to expand our understanding of muscles performance under uniaxial lateral loading of gastrocnemius muscle of a rat. Thereto, based on a hypothesis that muscle properties after lateral loading will vary, force-length properties of a gastrocnemius muscle are optimized so as to minimize the root mean square error (RMSE), compared to experimental force data from the literature. The optimized values of the force-length properties could considerably improve the simulation results under various loads. However, for excessive lateral loading of muscles, e.g., those beyond 1.13 N, the optimization of muscle force properties was not sufficient, and other adjustments of muscles gearing ratio (G) seemed necessary. Using the adapted values for force-length properties and G, the RMSE witnessed the following reductions: roughly from 0.27 to 0.06, when the lateral forces were 0.64 N, 1.13 N, 1.62 N; from 0.63 to 0.01 and from around 0.8 to 0.01, when lateral forces were 2.11 N and 2.6 N respectively. Likewise, the differences between the final values of generated forces for the same loads declined dramatically
Expansion of Hill Muscle Model with Respect to Lateral Loading Effects
امامی، رضا
Emami, Reza
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
