Development of a vibration-focused multi-body dynamics model for designing a cervical spine support system

Boyun yaralanmaları, çeşitli nedenlere sahip yaygın bir sorun olup hafif rahatsızlıktan ciddi sakatlığa kadar değişebilir. Literatürde boyun sistemmin biyomekanik modellerinin bolca bulunmasına rağmen, bu modellerin modal ve frekans tepki analiz yetenekleri sınırlıdır. Bu boşluğu doldurmak amacıyla kapsamlı bir baş-boyun sistem modeli geliştirilmiş ve frekans alanı analizi olanaklı hale getirilmiştir. 20 serbestlik derecesine sahip çoklu cisimler dinamiği modeli, ADAMS yazılımının frekans tepki analiz yetenekleri kullanılarak oluşturulmuştur. Bu model, omurlar, bağlar ve aktif ve pasif kaslar gibi çeşitli unsurları içermektedir. Doğrulama, OpenSim verileri ve mevcut deneysel bulgulara karşı gerçekleştirilmiştir. Model daha sonra parametrik tasarım çalışması yapmak için kullanılmış, bir kavramsal boyun destek sisteminin önemli tasarım faktörlerini değiştirme olanağı sunmuştur. DoE matrisinden parametrik tasarımları değerlendirmek için iki titreşim amaç fonksiyonu seçilmiştir. İlk fonksiyon başın frekans tepkisinin maksimum değerini tanımlarken, ikincisi ilgi alanındaki frekans aralığı içindeki genel titreşimi ölçmektedir. Bir vaka çalışmasında, modelin yetenekleri gösterilmiş ve boyun destek sistemi için optimum tasarım parametreleri tanımlanmıştır. Geliştirilen model, özellikle titreşimle ilgili performans metriklerini hesaplama kapasitesi sayesinde, çeşitli endüstrilerde önemli katkılarda bulunma potansiyeline sahiptir. Uygulamalar, otomotiv ve havacılık sektörlerinde yorgunluğu azaltmak amacıyla titreşimi önleyici cihazlar tasarlama işlerinden sağlık sektöründe rehabilitasyon sistemlerini geliştirerek hastaların egzersiz etkililiğini artırmaya kadar geniş bir yelpazeye yayılmaktadır.