Modélisation énergétique et contrôle d'un dispositif d'assistance cardiaque en élastomère diélectrique

Energy based modeling and control of a dielectric elastomer cardiac assit device

• Auteur / Autrice : Amal Hammoud
• Direction : Yann Le gorrec
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2022
• Etablissement(s) : Besançon, École Nationale Supérieure de Mécanique et des Microtechniques
• Ecole(s) doctorale(s) : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : AS2M - Département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques

Mots clés

Mots clés libres

Actionneurs intelligents souples

Actionneurs en élastomère diélectrique

Modélisation et contrôle de systèmes non linéaires

Systèmes Port-Hamiltoniens

Equations aux dérivées partielles

Robots médicaux

Soft smart actuators

Dielectric elastomer actuators

Nonlinear system modeling and control

Port-Hamiltonian systems

Partial differential equations

Medical robots

Résumé

Au cours des deux dernières décennies, les actionneurs intelligents souples basés sur des polymères électroactifs, en particulier ceux basés sur des actionneurs en élastomère diélectrique (DEA), ont gagné en popularité dans le domaine de la robotique biomédicale en raison de leur grande déformation, de leur temps de réponse rapide, de leur haute conformité et de leur faible puissance. la consommation a été intéressante. , et une bonne biocompatibilité. Pour traiter l'insuffisance cardiaque, les chercheurs du LAI ont proposé de remplacer une partie de l'aorte par un DEA tubulaire. Le DEA tubulaire est d'abord pré-étiré pour la pression artérielle. Lorsqu'une haute tension (kV) est appliquée aux électrodes conformes du DEA en fin de diastole, la tension maxwellienne générée comprime l'élastomère dans le sens de l'épaisseur. En raison de la loi de conservation du volume, le DEA se dilate également radialement, réduisant la pression interne. Puis, à la fin de la contraction, la DEA est désactivée pour se contracter, augmentant la force de recul aortique. Tracés pression-volume mesurés selon trois scénarios différents (contrainte constante en gras, égalisation de la pression de la ligne rouge et déséquilibre de la pression de la ligne bleue). Nous constatons clairement que lorsque le DEA est activé et désactivé de manière cyclique, la pression dans le tube diminue et augmente en conséquence, lui permettant de mieux soutenir la systole et la diastole du cœur.

In the last two decades, flexible smart actuators based on electroactive polymers, especially those based on dielectric elastomer actuators (DEA), have gained popularity in the field of biomedical robotics due to their large deformation, fast response time, high compliance, and low power. consumption has been interesting. and good biocompatibility. To treat heart failure, LAI researchers proposed replacing a portion of the aorta with a tubular DEA. The tubular DEA is first pre-stretched for blood pressure. When a high voltage (kV) is applied to the compliant electrodes of the DEA at the end of diastole, the generated Maxwellian voltage compresses the elastomer in the thickness direction. Due to the law of conservation of volume, the DEA also expands radially, reducing the internal pressure. Then, at the end of the contraction, the DEA is deactivated to contract, increasing the aortic recoil force. Pressure-volume plots measured under three different scenarios (bold constant stress, red line pressure equalization, and blue line pressure imbalance). We clearly see that when the DEA is cyclically turned on and off, the pressure in the tube decreases and increases accordingly, allowing it to better support the systole and diastole of the heart.