در این پروژه طراحی و ساخت یک حسگر لامسه مصنوعی به منظور تعیین نیروی وارده در نقطه تماس بین حسگر و شیء هدف، صورت گرفته است. معیار تعیین مقدار نیروی وارده در نقطه تماس، میزان تغییر شکل ایجاد شده در غشاء این حسگر لامسه ای می باشد. بر همین اساس طراحی و مدل سازی این حسگر با استفاده از روش اجزاء محدود و با بکارگیری نرم افزار ansys انجام پذیرفت. پارامترهای موثر در عملکرد غشاء از قبیل ضخامت غشاء، شعاع غشاء و جنس غشاء مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند و براساس نتایج بدست آمده، ساخت حسگر برپایه استفاده از دو اصل اندازه گیری مقاومتی و خازنی در تعیین میزان تغییرشکل غشاء صورت پذیرفت. نتایج بدست آمده از آزمایش حسگر لامسه ای ساخته شده با نتایج بدست آمده از حل تئوری مسأله، اختلاف قابل قبولی داشتند از قابلیت های این حسگر لامسه ای، استفاده از آن به عنوان انگشت در ربات های هوشمند با گستره پایین نیرو، بخصوص برای اهدافی ازقیبل جابجایی مواد شکننده یا بافت های بیولوژیکی که از حساسیت خاصی برخوردار هستند، می باشد. این حسگر نوین با دوجنبه تشخیصی و درمانی، کاربرد فراوانی در پزشکی بخصوص بخش تجهیزات جراحی از راه دور از جمله آندوسکوپی و لاپاراسکوپی دارد.

امروزه حسگرها یکی از اجزای ضروری در پیشرفت و گسترش سیستم های هوشمند در صنایع مختلف می باشند که در این ارتباط علم پزشکی نیز بی بهره نبوده و زیر مجموعه های مختلف آن از قبیل: تشخیص، درمان از طریق جراحی، توانبخشی و علوم مرتبط توسعه زیادی پیدا کرده اند. روش های مدرن جراحی از جمله جراحی با حداقل تهاجم((minimally invasive surgery باعث دور شدن دستان جراح از شیء هدف و محل جراحی می گردند که در نتیجه آن، میزان درک و احساس جراح به واسطه عدم وجود حس تماس به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. موفقیت یک جراح در انجام یک عمل جراحی بستگی زیادی به توانایی او در درک و تشخیص درست هدف و محیط پیرامون آن دارد. پس حس لامسه یکی از مهمترین و پرکاربردترین حواس در این ارتباط به حساب می آید. این حس با ارایه ویژگی های گوناگونی از قبیل: شکل، موقعیت و راستا، اندازه، وزن، دما، زبری و نرمی، میزان سفتی و دیگر مشخصات از شیء هدف، می تواند اهمیت بسزایی در موفقیت یک فرآیند درمانی مثل عمل جراحی از مراحل ابتدایی تشخیص تا درمان کامل داشته باشد. در طراحی حسگر ها از اصول مکانیکی، مقاومتی، هدایتی، خازنی، مغناطیسی، فایبر اپتیک، پیزوالکتریک و امواج آکوستیک سطح استفاده می گردد. هدف از انجام این پروژه، طراحی، ساخت و آزمایش یک نوع حسگر لامسه ای بر اساس تغییر شکل الاستیک یک غشاء به منظور اخذ اطلاعاتی از نقطه تماس حسگر با شیء از قبیل نیروی وارد بر نقطه تماس بین حسگر و شیء و برخی خواص مکانیکی شیء از جمله سفتی آن می باشد. کاربرد دیگر این حسگر، ارایه شماتیکی از شکل ظاهری شیء هدف در نقطه تماس می باشد که با آرایه های منظمی از این حسگر می توان به این امر دست یافت. بر همین اساس طراحی و مدل سازی این حسگر به دو طریق، استفاده از روابط تحلیلی و حل عددی با بکارگیری نرم افزار ansys انجام پذیرفت. پارامترهای موثر در کاربری و عملکرد غشاء از قبیل ضخامت غشاء، شعاع غشاء و جنس غشاء مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج حاصل از روش های تحلیلی و عددی، همخوانی خوبی با یکدیگر داشتند و بر اساس نتایج بدست آمده از روش های فوق الذکر، ساخت حسگر بر پایه استفاده از دو اصل اندازه گیری خازنی و مقاومتی در تعیین میزان تغییرشکل غشاء صورت پذیرفت. نتایج حاصل از آزمایش حسگر با نتایج تیوری اختلاف قابل قبولی داشتند. ویژگی و پارامترهای اصولی عملکرد حسگرها در خصوص حسگر موردنظر مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفت و حسگر ساخته شده در بازه عملکردی موردنظر از دقت لازم برخوردار بود. این حسگر نوین با دو جنبه تشخیصی و درمانی کاربرد فراوانی در پزشکی خصوصاً بخش تجهیزات جراحی از راه دور از جمله آندوسکوپی و لاپاراسکوپی دارد.

تعیین رفتار مکانیکی بافت مغز یکی از مورد نیازترین و پیچیده ترین مباحث در بیومکانیک می باشد. مدلسازی مکانیکی بافت مغز به دلیل کاربردهای متنوع در پزشکی مانند مطالعه هیدرسفالی، جراحی رباتیک، برنامه ریزی عمل جراحی، سیستم های آموزش جراح و شبیه سازی ضربه مغزی از اهمیت ویژه ای برخوردار است. مغز یک ماده بسیار ناهمگن با مشخصه های ریزساختار پیچیده می باشد. ماده خاکستری و سفید مغز موادی پیچیده می باشند. در نظر گرفتن ریزساختار بافت مغز با استفاده از مکانیک محیط پیوسته مرتبه بالا تاثیرات مهمی بر روی مشخصه های ماکروسکوپیک و همچنین تعیین کمیت های پیوستگی در نواحی مهم مغز ( به عنوان نمونه در اطراف بطن ها)دارد. این مطالعه، در جهت بررسی تاثیر ریزساختار بافت مغز در رفتار مکانیکی آن در انجام شد. در این تحقیق، برای اولین بار، آزمایشات در جهت بررسی تاثیر اندازه نمونه ها بر رتفار بافت مغز در فشار، انجام گرفته است. همچنین، برای نخستین بار قوانین مربوط به مواد کامپوزیت و تیوری پیوستگی میکروپولار برای تعیین بیومکانیک مغز به کار گرفته شدند. برای تعیین خواص الاستیک موثر صفحه ای ماده سفید سیستم عصبی مرکزی (cns)، یک مدل ماده مرکب تقویت شده با فیبر میکروپلار، که از فیبرهای آکسونی الاستیک که با یک ماتریس میکروپلار احاطه شده، استفاده شد. برای تعیین خواص الاستیک موثر ماده خاکستری cns، روش همگن سازی دو مرحله ای بر اساس مدل کامپوزیت چند فازی ریزساختار سه بعدی mori-tanka/voigt که آکسون های الاستیک، دندریت ها و جسم های سلولی به صورت نامنظم در آن جهت گیری کرده اند و توسط ماده زمینه در بر گرفته شده اند به کار گرفته شد. تاثیرات ریز ساختار بر مدول الاستیک موثر با مقایسه نتایج تیوری های پیوستگی کلاسیک و میکروپولار بررسی گردید. نشان داده شده است که بدلیل قابل مقایسه بودن اندازه فیبرها با طول مشخصه ماتریس، ماده cns از آنچه توسط تیوری محیط پیوسته کلاسیک (که قادر به در نظر گرفتن خصوصیات ریزساختار ماده نیست)، سخت تر است. نتایج بدست آمده از این تحقیق، می توانند در جهت گیری تلاش های آینده در زمینه مرتبط ساختن ریزساختار به رفتارهای ماکروسکوپیک بافت مغز مفید بوده و پایه ای برای نسل جدیدی از مدلهایی باشد که بر مبنای تیوری محیط پیوسته میکروپلار و در جهت پیش بینی پاسخ بافت مغز و دیگر بافت ها به بارهای مکانیکی اعمالی، بنا شده باشند.

در این پروژه طراحی و ساخت یک سنسور لامسه ای مورد بررسی قرار گرفت که قادر است با حرکت کردن روی یک سطح، ناهمواری های آن و یا به عبارت بهتر مورفولوژی آنرا بدست آورد. اصول عملکرد این سنسور بر پایه ی القای متقابل بین دو سیم پیچ استوار است این سنسور از یک سیم پیچ اولیه تشکیل شده است که بوسیله ی یک ولتاژ متناوب تحریک می شود و یک میدان مغناطیسی متغیر در اطراف آن ایجاد می شود این میدان متغیر باعث می شود تا در دو سیم پیچ ثانویه که در کنار سیم پیچ اولیه قرار دارند ولتاژی القا شود که با تعداد دور سیم پیچ ها و نرخ تغییر شار مغناطیسی متناسب است این سه سیم پیچ روی یک هسته ی مغناطیسی مشترک پیچیده شده اند بنابراین با جابجا شدن هسته میزان ولتاژ القایی در هر یک از سیم پیچ ها تغییر می کند هنگامی که سنسور روی سطح حرکت می کند، ناهمواری های سطح باعث جابجایی هسته می شوند که از روی تغییر ولتاژ القایی می توان این جابجایی را اندازه گیری کرد و بدین ترتیب یک تصویر کمی از مورفولوژی سطح بدست آورد. سنسور ساخته شده کاربردهای متعددی در صنعت و پزشکی دارد اولین کاربرد این سنسور در اندازه گیری نیروی عمودی اعمال شده به آن در هنگام تماس با یک جسم است در این کاربرد با اضافه نمودن یک فنر با ضریب سختی معین می توان میزان جابجایی هسته را بوسیله ی سنسور اندازه گیری کرده و از قانون هوک برای بدست آوردن نیروی اعمال شده به آن استفاده کرد. کاربرد دیگر تشخیص زائده های پوستی برای استفاده در سیستم های تله درماتولوژی است پوست به طور طبیعی دارای ناهمواری هایی است که در هر نقطه از بدن متمایز از سایر نقاط است بسیاری از بیماری های پوست باعث تغییر شکل این ناهمواری ها می شوند به طوری که پروفیل سطح بدست آمده در حالت بیماری با پروفیل سطح پوست سالم تفاوت دارد. در سیستم های تله درماتولوژی به دلیل فاصله موجود بین پزشک و بیمار پزشک قادر نیست پوست بیمار را لمس کند و اطلاعات لازم برای تشخیص سریع و دقیق زائده های پوستی را کسب نماید سنسور ساخته شده این کمبود را جبران کرده و می توان از داده های آن به عنوان مکمل اطلاعات تصویری در سیستم های تله درماتولوژی استفاده کرد.تشخیص غدد سرطانی موجود در زیربافت نرم یکی دیگر از کاربردهای مهم این سنسور است در این کاربرد سنسور لامسه ای مشابه انگشت دست انسان عمل می کند یعنی با برقراری تماس با سطح بافت موردنظر نیروی معینی به آن وارد می کند این نیرو باعث تغییر شکل سطح و یا به عبارتی مورفولوژی آن می شود سپس این مورفولوژی جدید که حاور اطلاعاتی راجع به جسم نهفته (غده) در داخل بافت می باشد بوسیله سنسور حس می شود از روی این اطلاعات می توان پارامترهای غده مانند اندازه، شکل و محل قرار گرفتن آن را تخمین زد در این کاربرد سنسور ساخته شده در این پروژه نسبت به سنسورهای مشابه دارای مزایایی به شرح زیر است: -این سنسور به دلیل اینکه به طور پیوسته روی سطح حرکت داده می شود و در تمام مدت اندازه گیری تماس آن با سطح قطع نمی شود قادر است وجود غده را در کل طول مسیر پیموده شده تشخیص دهد. -با حرکت دادن سنسور روی مسیرهای موازی، می توان یک تصویر سه بعدی از سطح بدست آورد که نشان دهنده ی محدوده ی غده و محل آن است.