(EE917) -  Κωνσταντίνος Μουστάκας

Descripción del Curso

Μοντελοποιήση και Προσομοίωση

Περιγραφή

Ο σκοπός του μαθήματος είναι η εξοικείωση με θέματα που αφορούν την ανάπτυξη, την μοντελοποιήση και την προσομοίωση των δυναμικών συστημάτων του ανθρώπινου νευρομυοσκελετικού συστήματος για τις διαφορετικές κινητικές δραστηριότητες. Στα πλαίσια αυτών των διαλέξεων ο φοιτητής θα κατανοήσει τι είναι ένα δυναμικό σύστημα, πώς μοντελοποιείται, πως διεξάγεται η προσομοίωση και πως αυτές οι τεχνικές μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε προβλήματα βιοϊατρικής όσον αφορά την μελέτη της κίνησης του ανθρώπου, τις αιτίες που την προκαλούν αλλά και τις συνέπιες.

Θα γίνει εισαγωγή σε βασικές έννοιες της φυσικής, των δυναμικών συστημάτων, η αναπαράσταση στο χώρο κατάστασης, ο έλεγχος, η αριθμητική ολοκλήρωση και οι μετασχηματισμοί. Θα γίνει μια εισαγωγή σε βασικά θέματα ρομποτικής τα οποία στην συνέχεια θα είναι η βάση για την κατανόηση και την μοντελοποιήση της κίνησης του ανθρώπινου νευρομυοσκελετικού συστήματος. Τέλος, θα γίνει εκτεταμένη περιγραφή σύγχρονων μεθόδων αντίστροφης και ορθής προσομοίωσης.

Στα πλαίσια των διαλέξεων θα γίνονται συζητήσεις πάνω στις εργασίες κατανόησης και θα ανατίθεται τακτικά η μελέτη επιλεγμένων δημοσιεύσεων. Τα εργαστήρια συμβαδίζουν στην κατανόηση της ύλης και παράλληλα παραθέτουν την επίλυση πρακτικών προβλημάτων. Θα υπάρξει ανάθεση εργασιών οι οποίες θα παρουσιάζονται στο τέλος του μαθήματος.

Διδακτικό Υλικό

• Francisco J. Valero-Cuevas, Fundamentals of Neuromechanics, Springer, 2014
• David A. Winter, Biomechanics and Motor Control of Human Movement, Forth Edition, Wiley, 2009
• Thomas A. McMahon, Muscles, Reflexes, and Locomotion, Princeton University Press, 1984
• Roy Featherstone, Rigid Body Dynamics Algorithms, Springer, 2007
• John J. Craig, Introduction to Robotics Mechanics and Control, Third Edition, Prentice Hall, 2005
• John Enderle, Susan Blanchard, Joseph Bronzino, Introduction to Biomedical engineering, Academic Press Series in Biomedical Engineering, 2005
• Suresh R. Devasahayam, Signals and Systems in Biomedical Engineering, Second Edition, Springer, 2013
• Erwin Kreyszig, Herbert Kreyszig, Edward J. Norminton, Advanced Engineering Mathematics, Tenth Edition, Wiley, 2011

Κατά την διάρκεια του μαθήματος θα δίνετε συμπληρωματικό υλικό για την διευκόλυνση και κατανόησης της ύλης.

Εργαλεία

OpenSim: εργαλεία και αλγόριθμοι για την μοντελοποιήση και προσομοίωση του ανθρώπινου σώματος για την μελέτη της κίνησης.

Simbody: μηχανή φυσικής η οποία είναι η βάση στην οποία χτίστηκε το OpenSim

pydy: μια βιβλιοθήκη της python για την μελέτη συστημάτων μηχανικής

Χρήσιμοι Σύνδεσμοι

Prof. Jeffrey Reinbolt (ΒΜΕ599) The University of Tennessee

Prof. Scott Delp (BIOE-ME 485) Stanford University

Prof. Francisco J. Valero-Cuevas BME/BKN 504 University of Southern California

OpenSim

OpenSim Models

OpenSim User Guide

Simbody

Βιβλιογραφία

Anderson, F. C., & Pandy, M. G. (2001). Static and dynamic optimization solutions for gait are practically equivalent. Journal of Biomechanics, 34(2), 153?161. http://doi.org/10.1016/S0021-9290(00)00155-X

Buchanan, T. S., Lloyd, D. G., Manal, K., & Besier, T. F. (2006). Neuromusculoskeletal Modeling: Estimation of Muscle Forces and Joint Moments and Movements From Measurements of :Neural Command. Journal of Applied Biomechanics, 20(4), 367?395.

Erdemir, A., McLean, S., Herzog, W., & van den Bogert, A. J. (2007). Model-based estimation of muscle forces exerted during movements. Clinical Biomechanics, 22(2), 131?154. http://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2006.09.005

Hicks, J. L., Uchida, T. K., Seth, A., Rajagopal, A., & Delp, S. (2014). Is my model good enough? Best practices for verification and validation of musculoskeletal models and simulations of human movement. Journal of Biomechanical Engineering, 137(February), 1?14. http://doi.org/10.1115/1.4029304

Millard, M., Uchida, T., Seth, A., & Delp, S. L. (2013). Flexing computational muscle: modeling and simulation of musculotendon dynamics. Journal of Bomechanical Engineering, 135(2), 1?12. http://doi.org/10.1115/1.4023390

Pandy, M. G. (2001). Computer Modeling and Simulation of Human Movement. Annals of Biomedical Engineering, 3, 245?73.

Seth, A., Sherman, M., Reinbolt, J. a., & Delp, S. L. (2011). OpenSim: a musculoskeletal modeling and simulation framework for in silico investigations and exchange. IUTAM Symposium on Human Body Dynamics, 2, 212?232. http://doi.org/10.1016/j.piutam.2011.04.021

Sherman, M. A., Seth, A., & Delp, S. L. (2013). What is a moment arm? Calculating muscle effectiveness in biomechanical models using generalized coordinates. Proceeding of the ASME, 1?9.

Thelen, D. G., & Anderson, F. C. (2006). Using computed muscle control to generate forward dynamic simulations of human walking from experimental data. Journal of Biomechanics, 39(6), 1107?15. http://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2005.02.010

Zajac, F. E. (1989). Muscle and Tendon: Properties, Models, Scaling and Application to Biomechanics and Motor Control. Critical Reviews in Biomedical Engineering, 17(4), 359?411.

 

Creation Date

miércoles, 16 de marzo de 2016