Aproximación formal al curso de Diseño Biomecánico impartido a estudiantes de Ingeniería Biomédica de la Universidad Autónoma de Occidente, Cali, Colombia

1. Diseño Biomecánico
Una aproximación formal
Oscar Campo, PhD

2. Diseño Biomecánico
 Ingeniería Biomédica: hombre
 Biomecánica: seres vivos

3. Diseño Biomecánico
 Biomimética

4. Diseño Biomecánico
 Interacción de sistemas: “ingenierías
híbridas”
Sistema 1 Sistema 2
Sistema 3

5. Diseño Biomecánico
 Interacción de sistemas
Ciencias de
la vida Electrónica
Informática
Administración
Mecánica

6. Diseño Biomecánico
 Sistema Biomecánico
Sistema Sistema
Biológico Mecánico

7. Diseño Biomecánico
 Usuario…
Elemento
Sistema
Elemento
Mecánico
Elemento

8. Diseño Biomecánico
 Elementos

9. Diseño Biomecánico
 Sistemas Mecánicos

10. Diseño Biomecánico
 En una camilla hospitalaria…

11. Diseño Biomecánico
 En una prótesis de rodilla…

12. Diseño Biomecánico
 Fijación de fracturas…

13. Diseño Biomecánico
 Otros sistemas…

14. Diseño Biomecánico
 Características generales…
 Cargas
Todo elemento mecánico
debe soportar una carga

15. Diseño Biomecánico
 Características generales…
 Geometría
Todo elemento tiene una forma
definida, la cual está limitada por el
entorno

16. Diseño Biomecánico
 Características generales…
 Material
Todo elemento está constituido de un
material específico

17. Diseño Biomecánico
 Función de Desempeño
 Requerimientos Funcionales
 Requerimientos Geométricos
 Propiedades del Material
P=f(F)f(G)f(M)

18. Diseño Biomecánico
 Función de Desempeño

19. Diseño Biomecánico
 Ejemplo de aplicación
Un deportista con
amputación transfemoral
necesita una prótesis
deportiva con articulación
de rodilla de tal manera
que sea lo más liviana
posible

20. Diseño Biomecánico
 Definición del objetivo
El mejor desempeño se logrará
minimizando la masa:
p=m
p* = optimiza(m)

21. Diseño Biomecánico
 Requerimientos funcionales
La carga crítica del adaptador
modular, funcionando como
una columna es:

22. Diseño Biomecánico
 Características geométricas: l, t
Función de desempeño
p = f(F) f(G) f(M)

23. Diseño Biomecánico
 Optimización
Se requiere alto E y mínimo ρ

24. Diseño Biomecánico
 Definición de la geometría
Y el factor de seguridad?

25. Diseño Biomecánico
 Definición del Factor de Seguridad:
 Suponer basado en experiencia
 Usar valores recomendados
 Usar métodos estadísticos

26. Diseño Biomecánico
 Para todo elemento se debe cumplir
como condición de seguridad:

27. Diseño Biomecánico
 Definición de una nueva variable
aleatoria:
Normalizando
0 −φ
z=
SDφ

28. Diseño Biomecánico
 Reexpresando
0 −φ
z=
SDφ
zSDφ = −φ
z 2 ( SDy + SDσ ) =(σ y − σ )^2
2 2
Definiendo el Coeficiente de Variación:
SDx
Cx =
x

29. Diseño Biomecánico
 Reexpresando en función de Cx:
z 2 ( C y σ y + Cσ σ 2 ) = ( σ y − σ )
2 2 2 2
1 2 2 2 1
z ( C y σ y + Cσ σ 2 ) = 2 ( σ y − 2σ yσ + σ 2 )
2 2
σ2 σ
z 2 ( C y fs 2 + Cσ ) = ( fs 2 − 2 fs + 1)
2 2
1 ± 1 − ( 1 − C y z 2 ) ( 1 − Cσ z 2 )
2 2
fs =
1 − Cy z 2
2

30. Diseño Biomecánico
 Ahora se puede definir z a partir de:
 Una probabilidad de falla deseada
 Una vida útil deseada

31. Diseño Biomecánico
 Conclusión
 Desempeño basado en características
generalizadoras F, G, M
 Esfuerzo limitado por resistencia
 Seguridad del diseño basado en
variables aleatorias

32. Diseño Biomecánico
Mil Gracias
oicampo@uao.edu.co