Síntesis topológica de mecanismos flexibles para aplicaciones biomédicas / Topology synthesis of feasible for biomedical applications

RESUMEN

Los mecanismos flexibles son dispositivos mecánicos diseñados para transformar desplazamientos, fuerzas o energía a través de la flexibilidad de sus elementos estructurales. Sus ventajas frente a los mecanismos de eslabones rígidos con juntas pinadas los convierten en una alternativa viable para el diseño de BioMEMS, ya que son sistemas que requieren alta precisión de movimiento a escalas de tamaño muy reducidas. El diseño de mecanismos flexibles puede realizarse con el empleo de técnicas de optimización estructural, es la optimización topológica la más empleada. En investigaciones previas se desarrolló un nuevo método de optimización topológica inspirado en el proceso de regeneración ósea conocido como el Método de los autómatas celulares híbridos, el cual demostró su aplicabilidad y eficiencia computacional en la síntesis topológica de estos dispositivos. El objetivo de este artículo es extender el método a la síntesis de mecanismos flexibles para aplicaciones biomédicas, específicamente, para el diseño de una micropinza para manipulación de fibroblastos. La topología óptima obtenida corresponde con los diseños referidos en otras investigaciones. Los resultados permiten llevar a cabo la manufactura del dispositivo gracias a que no presentan juntas de facto o patrones de tablero de ajedrez, que son errores típicos en la solución de problemas de optimización topológica mediante otros métodos de solución

ABSTRACT

Feasible mechanisms are mechanical devices designed to transform displacements, strengths or energy through flexibility of its structural elements. Its advantages versus rigid links mechanisms with pinnate joints becoming a viable alternative for the BioMES design since they are systems requiring high movement accuracy at very reduced scale level. The feasible mechanisms design may be carried out using structural optimization techniques where that of topology type is the more used. In prior researches we developed a new topology optimization method inspired in the bone regeneration process known as the Method of hybrid cellular automaton, which showed its applicability and computer effectiveness in the topology synthesis of these devices. The aim of present paper is to spread the method to feasible mechanisms synthesis for biomedical publications, specifically, for the design of a microclamp for the fibroblasts management. Optimal topology achieved is in correspondence with the designs mentioned in other researches. Results allow to carry out the manufacture of this device because of they haven't de facto joints or patterns in chessboard, which are typical errors to solve the topology optimization by means of other solutions methods: