Sonuçların Duyurulması

Hesaplamalı mekaniği temel alan topolojik optimizasyon, bükülmeye karşı direnç ile yüksek enjeksiyon kapasitesi arasındaki optimum dengeyi tanımlar.

Sonuçların Duyurulması

Yuvalı sert tüp yapılarının performansına yönelik "Pareto optimal sınırını" başarılı bir şekilde tanımlamak için{0}}en son teknoloji hesaplama mekaniğinden ve topoloji optimizasyon teknolojilerinden yararlandık. Bundan yola çıkarak "OptiSlot" akıllı tasarım platformunu ve ilgili ürünlerini geliştirdik. Bu platform, eksenel kuvvet, bükülme direnci katsayısı, burulma sertliği ve ağırlık gibi belirli hedef kısıtlamalara göre otomatik olarak benzersiz optimum yuva desenleri oluşturabilir. Sonuç olarak, bu platform tarafından üretilen yarıklı sert borular, geleneksel ampirik tasarımlardan %40 daha yüksek kapsamlı bir mekanik performansa sahiptir ve bükülme direnci ile eksenel enjeksiyon kuvveti arasında benzeri görülmemiş bir hassas denge sağlar.

Araştırma ve Geliştirmenin Arka Planındaki Zorluklar

Sert boru yapılarının tasarımında mühendisler, kanal açma parametrelerini (yuva uzunluğu, yuva genişliği, aralık ve açı gibi) tanımlamak için uzun süredir ampirik formüllere ve deneme-ve-yanılma yöntemlerine güvenmişlerdir. Bu yaklaşım hem verimsiz hem de farklı tasarımlar arasındaki performans farklılıklarını niceliksel olarak değerlendirmek zordur ve teorik sınıra yaklaşan potansiyel tasarımları keşfedemez. Sonuç olarak, tasarımlar aşırı muhafazakar olma eğilimindedir; ya güvenlik için çok fazla iç alandan fedakarlık eder ya da nihai enjeksiyon kuvvetini takip ederken bükülme riskleri ortaya çıkarır. Klinik olarak, cihazların "hissi" ve güvenilirliğinde toplu-toplu-toplu gruplar arasında önemli farklılıklar ve tasarım kör noktaları vardır. Fiziksel{8}}tabanlı, sistematik bir tasarım metodolojisinin eksikliği, durgun ürün performansının ve ciddi homojenlik sorununun temel nedenidir.

Temel Teknolojik Yenilik

• Parametrik Sonlu Elemanlar ve Çok-Amaçlı Optimizasyon Entegrasyon Platformu:Bağımsız fikri mülkiyet haklarına sahip, parametrik geometrik modellemeyi, doğrusal olmayan sonlu eleman analizini (FEA) ve çok-çok amaçlı genetik algoritmayı (MOGA) kusursuz bir şekilde birleştiren entegre bir tasarım ortamı geliştirdik. Kullanıcıların yalnızca dış çapı, duvar kalınlığını, malzeme özelliklerini ve beklenen performans hedef aralığını (minimum basınç arıza kuvveti, izin verilen maksimum bükülme açısı, minimum burulma sertliği gibi) girmesi yeterlidir; platform, binlerce olası tasarım arasından otomatik olarak optimizasyon yapabilir. Algoritma, optimizasyon hedefleri olarak eksenel sağlamlık, yanal bükülme direnci, burulma iletim verimliliği, ağırlık vb. alır ve son olarak mühendislerin önceliğe göre seçebileceği "Pareto cephesinde" bir dizi baskın olmayan çözümün (yani bir açıdan diğerine zarar vermeden iyileştirilemeyen tasarım şemalarının) çıktısını alır.
• Biyonik ve-Tekdüze Olmayan Taramalı Slot Veritabanı:Geleneksel tek tip düz slot zihniyetini kırarak, onlarca gelişmiş slot tipini içeren bir veritabanı oluşturduk. Bu yuva türleri, bambu eklemleri, kemiklerin kortikal katmanları Havercus tüp sistemi vb. gibi doğal bükülme önleyici yapılardan esinlenmiştir. Bunlar arasında, bunlarla sınırlı olmamak üzere, kademeli olarak değişen aralık yuvaları, yay-şeklindeki gerilim yayılma yuvaları, fraktal dallanma yuvaları, asimetrik burulma yuvaları vb. yer alır. Platform, son derece karmaşık, tek biçimli olmayan-dağıtılmış ancak mekanik olarak verimli kompozit yuva oluşturmak için bu temel yuva tipi birimleri akıllıca çağırabilir ve birleştirebilir. desenler.
• Üretim Kısıtlaması Bağlantısı ve Verimlilik Doğrulaması:Optimizasyon döngüsü sırasında yenilikçi bir şekilde "İmalat Kısıtlaması Modülü"nü yerleştirdik. Bu modül, lazerle kesmenin uygulanabilirliği (minimum iç açı yarıçapı, ısı birikimini önleme gibi), cilalama aletlerinin erişilebilirliği ve çıkarılması-zor-çapaklar oluşturup oluşturmayacağı da dahil olmak üzere, oluşturulan her tasarımın üretilebilirliğini gerçek zamanlı olarak değerlendirir. Optimizasyon algoritması, pratik olmayan tasarımlardan otomatik olarak kaçınacak, her optimal çözümün "üretilebilir bir optimum" olmasını sağlayacak, doğrudan dijital alandan üretim hattına taşınacak ve "kağıt üzerinde konuşulanları" ortadan kaldıracaktır.

Eylem Mekanizması

OptiSlot platformunun tasarım felsefesi "strese karşı çıkmak değil, stresi yönlendirmek"tir. Oluşturulan yarık desenleri esasen karmaşık yükler altında tüpün iç kuvvetleri (gerilim akışı) için en verimli ve düzgün iletim yolunu planlar. Hesaplamalı mekanik simülasyonu yoluyla platform, eksenel basınç altında ana yükü taşıyan "kuvvet zincirini" ve ayrıca yanal kuvvetler altında bükülmeye eğilimli "zayıf alanları" doğru bir şekilde tanımlar. Optimize edilmiş yuvalar, sağlam bir ana yol gibi "kuvvet zinciri" yolu boyunca yeterli sürekli "köprüleme" malzemesini koruyacaktır; "zayıf alanlarda" veya-birincil olmayan-yük taşıyan bölgelerde ise, yuvaların belirli şekilleri ve yönleri stratejik olarak eklenir. Bu yuvalar, dikkatlice tasarlanmış "esnek bağlantılar" veya "enerji emiciler" gibidir; malzemenin küçük, kontrol edilebilir elastik deformasyona uğramasına izin verir, böylece darbe enerjisini dağıtır ve yerel kararsızlığın tamamen çökmeye yayılmasını önler. Bu stres alanı-tabanlı aktif yönetim tasarımı, malzeme dağıtımının en ekonomik ve etkili şekilde kullanılmasını sağlar.

Etkinlik Doğrulaması

Geleneksel tekdüze yuva tasarımını OptiSlot optimize edilmiş tasarımıyla karşılaştırdığımızda farklar önemlidir: aynı basınç arızası direncini (1000N gibi) karşılarken, optimize edilmiş tasarımdaki tüp gövdesinin ağırlığı ortalama %18 oranında azaltılır veya iç çap %15 oranında genişletilebilir. Üç-noktalı bükülme testinde, aynı sapmaya ulaşıldığında, optimize edilmiş tasarımlı boru gövdesinin taşıdığı yük, geleneksel tasarıma göre %25-%50 daha yüksektir. Daha da önemlisi, optimize edilmiş tasarımın arıza modu daha "yumuşaktır"; ani kırılma yerine aşamalı ve çok aşamalı akma olarak ortaya çıkar ve operatöre değerli geri bildirim ve tepki süresi sağlar. Spinal füzyon implant araçlarına yönelik bir uygulamada, OptiSlot ile tasarlanan kılavuz manşon, simüle edilen maksimum implant torku altında önceye kıyasla %60 oranında bir torsiyonel açı hatasına sahipti ve cerrahın geri bildirimi, bunun "daha yumuşak" bir hisse sahip olduğu, daha öngörülebilir olduğu ve aleti çalıştırma güveninin önemli ölçüde arttığı yönündeydi.

Araştırma ve Geliştirme Stratejisi ve Felsefesi

Temel stratejimiz "tasarım performansı artırır, simülasyon deneme yanılmanın yerini alır." Gelişmiş hesaplamalı simülasyon ve optimizasyon teknolojilerini, yeni çağda yeni tıbbi cihazların geliştirilmesinde "süper mikroskop" ve "hızlandırıcı motor" olarak görüyoruz. Yüksek performanslı-bilgi işlem kümeleri oluşturmaya büyük yatırım yaptık ve katı mekanik, hesaplamalı matematik ve yazılım mühendisliğini kapsayan profesyonel bir ekip oluşturduk. Felsefemiz şudur: Gerçek yenilikçi tasarım genellikle insan sezgisi ve deneyiminin ötesindeki geniş alanda yatar ve fizik-tabanlı akıllı optimizasyon algoritmaları bu bilinmeyen bölgeyi keşfetmek için en iyi rehberdir. Mühendisleri tekrarlayan, deneyime dayalı işlerden kurtarmaya, daha ileri düzey performans gereksinimleri ve klinik sorunları- tanımlamaya odaklanmalarına olanak tanırken, en uygun çözümü bulma görevini yorulmak bilmeyen akıllı algoritmalara bırakmaya kendimizi adadık.

Geleceğe Bakış

Gelecekte yapısal optimizasyon statikten dinamiğe ve yalıtılmış bileşenlerden sistem entegrasyonuna geçiş yapacak. Operasyon sırasında gerçek zamanlı navigasyon verilerine (alet ile kemik arasındaki temas kuvveti ve dokunun empedansı gibi) dayalı olarak aletin yerel sertlik dağılımını dinamik olarak ayarlayabilen "gerçek-zamanlı topoloji optimizasyonu" teknolojisini geliştiriyoruz. Aynı zamanda, sistem düzeyinde mekanik performansın optimizasyonunu sağlamak için optimizasyon kapsamını tek bir tüp gövdesinden, tüp gövdesi ile proksimal tutamak ve distal çalışma kafası arasındaki bağlantı arayüzleri dahil olmak üzere tüm alet sistemine kadar genişleteceğiz. Diğer vizyon ise klinisyenlerin veya cihaz şirketlerinin performans gereklilik paketlerini sunabilecekleri bir "bulut tasarım pazarı" oluşturmaktır. Bulut platformumuz, birkaç saat içinde çok sayıda sanal-doğrulanmış optimize edilmiş tasarım şemasını ve ilgili performans tahmin raporlarını sunarak yenilikçi aletlerin konsept aşamasından prototipine kadar olan süreci önemli ölçüde hızlandıracak ve kişiselleştirilmiş cerrahi aletler çağının gelişini destekleyecektir.