In follicle sinus complex of sinus hairs, two blood vessels seem to have a prominent function. Up to date, their biological role is unknown, however, hypothesis suggest that they are used as hydraulical bearing for the hair which is used to change the stiffness and compliance of the fixation depending on the application. Because of the size of the structures of interest experiments at the living object to clarify the biological role are not possible so far. Therefore, mechatronic approaches can help to investigate advantages and possibilities of a bearing with tunable compliance. Thus, in the current thesis, it is develop a mathematical modeling, multi-body simulation and a mechatronic demonstrator of a swinging rod in a bearing with tunable compliance. The tunable compliance of the system was inspired of Jack Spring principle of work, which change the compliance by decreasing the number of active coils. / Tesis

El objetivo de este trabajo es la obtención del modelo dinámico inverso de un simulador de marcha humana basado en la plataforma Stewart-Gough. Para conseguir tal objetivo, se optó por utilizar un planteamiento existente, el cual ha sido analizado y desarrollado con el fin de que el lector pueda entender paso a paso cómo se obtiene la ecuación final de la dinámica inversa. El presente trabajo es uno de los elementos principales para la implementación de la estrategia de control, cuya finalidad es simular con precisión una trayectoria dada. El modelo dinámico es de tipo inverso puesto que se obtienen las fuerzas a partir del conocimiento del movimiento del sistema. Tal modelo se obtuvo mediante la combinación entre los métodos Newton-Euler y la formulación de Lagrange, los que a su vez fueron aplicados sistemáticamente para constituir una forma compacta y cerrada de ecuaciones dinámicas, con la finalidad de desarrollar las ecuaciones de movimiento. La dinámica de tipo directa es también necesaria para plantear la estrategia de control, pero en el presente trabajo tal análisis no ha sido abordado. Considerando las ventajas que ofrece el método Newton-Euler y la formulación de Lagrange se pudo obtener una forma compacta y cerrada de ecuaciones dinámicas en un determinado espacio de trabajo a través de la combinación de ambos métodos de modelación, con la finalidad de obtener el modelo dinámico del sistema. Tal planteamiento ha sido propuesto por Guo y Li, quienes analizan la cinemática y dinámica inversa de un manipulador paralelo de seis grados de libertad, como el que se ha diseñado en la PUCP. En este sentido, la deducción del modelo dinámico se dividió en dos partes, el movimiento de los seis actuadores unidos a la base fija y el de la plataforma móvil. Las fuerzas restrictivas en la unión superior de cada actuador fueron obtenidas a través de la formulación de Lagrange. La concepción de la dinámica de la plataforma fue obtenida mediante el método Newton-Euler, incorporando fuerzas restrictivas en la forma compacta. Los efectos de la fricción no fueron evaluados, lo cual permite que el modelo dinámico planteado sea mejorado. Finalmente, el modelo dinámico fue implementado y simulado en computadora utilizando el software Mathcad, con la finalidad corroborar y validar el procedimiento analítico realizado para la obtención de la ecuación dinámica inversa de la plataforma Stewart-Gough.

El confort del calzado es uno de los aspectos más importantes para los fabricantes y diseñadores de calzado ya que está directamente relacionado con el éxito en la venta del producto y con la salud del usuario. A pesar de ello, y por diversas causas, el análisis del confort que es capaz de proveer un diseño de calzado sigue siendo una asignatura pendiente del desarrollo del producto de las empresas, si es que se lleva a cabo. La causa principal es la ausencia de una herramienta capaz de llevar a cado un test de confort de manera fiable, rápida y abordable en materia de conocimiento y costes para las empresas. El objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de una aplicación informática, fundamentada en modelos matemáticos asistidos por ordenador alimentados mediante datos reales, capaz de simular ensayos funcionales en diseños virtuales de calzado, y relacionar dichos resultados con la percepción del confort de los usuarios. Dicha herramienta permite detectar y eliminar errores en el diseño del calzado (que influyen en el confort) desde fases tempranas de desarrollo del producto, aumentando así el confort percibido por los usuarios del calzado, así como la eficacia del proceso de diseño. El trabajo ha tenido lugar en tres grandes bloques. En primer lugar se estudió la relación entre la percepción de las propiedades funcionales asociadas a la interacción usuario-calzado y el confort global percibido. Para ello se llevaron a cabo ensayos con maquinaria para caracterizar las propiedades del calzado y ensayos con usuarios para caracterizar su percepción a partir del uso del calzado. Este análisis permitió obtener un modelo del confort global a partir de las propiedades funcionales, además de identificar las propiedades funcionales relevantes en el confort. A continación se desarrollaron y validaron modelos virtuales de los ensayos de cuantificación de las propiedades funcionales capaces de evaluar el comportamiento de un calzado a partir de su diseño CAD. / Olaso Melis, J. (2010). Predicción del confort a partir de prototipos virtuales de calzado y modelos de ingeniería asistida por ordenador [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/7730

La importancia del estudio de la estabilidad y de la marcha o caminar de una persona ha originado que se desarrollen diversas tecnologías para su análisis y evaluación clínica. Con el paso del tiempo, las técnicas y dispositivos empleados han ido mejorando a tal punto que hoy en día existen empresas y laboratorios que se dedican únicamente a su diseño y fabricación. Tanto la marcha como estabilidad presentan parámetros que permiten a los médicos especialistas conocer si un paciente presenta alteraciones en el sistema nervioso, alguna patología o identificar otros posibles factores. Con el empleo de herramientas existentes, estas alteraciones podrían ser detectadas de manera más rápida y adecuada; con ello, si es necesario, iniciar un tratamiento al paciente y realizar un control sobre cómo es que va evolucionando hasta que logre su recuperación; o en todo caso verificar si el tratamiento que sigue es el adecuado. Estas tecnologías han sido desarrolladas desde hace muchos años; sin embargo, en nuestro país son escasas las instituciones que cuentan con algunos de estos sistemas debido a los elevados costos que presentan. Por lo descrito anteriormente, el objetivo principal de la presente tesis es el diseño de una plataforma dinamométrica de bajo costo, la cual permitirá calcular la fuerza que ejerce una persona sobre la plataforma y así se obtenga información sobre algunos parámetros asociados a la marcha y estabilidad de una persona. La plataforma emplea galgas extensiométricas como sensores, los cuales requieren una etapa de acondicionamiento para que puedan ser procesados y luego se realicen los cálculos necesarios. Se muestran también los diseños planteados como solución; así como las pruebas que se realizaron con la plataforma para verificar su correcto funcionamiento. / Tesis

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El presente trabajo de título forma parte del proyecto FONDECYT Flow Dynamics and Arterial Wall Interaction in Realistic Cerebral Aneurysm Models. El principal objetivo de este trabajo es optimizar la metodología de simulación de la mecánica de aneurismas cerebrales desarrollada en trabajos anteriores [4],[5] en los siguientes sentidos: crear una metodología de reconstrucción para dotar a las geometrías de espesor variable y cuantificar la sensibilidad de los resultados al variar el modelo constitutivo del material de la pared arterial, la cantidad de sifones de la vasculatura precedente al aneurisma, la condición de salida del flujo y el espesor de la pared. El primer objetivo se logró en colaboración con Rojo [2]. Para cumplir el segundo objetivo, se seleccionó uno de los nueve casos reconstruidos en este trabajo de título y se realizaron tres simulaciones estructurales puras, tres simulaciones CFD puras y cinco simulaciones FSI con el programa ADINA 8.3®. Mediante las simulaciones se pudo hallar la proporción en que diferían los resultados al variar los parámetros mecánicos antes mencionados. Se concluyó que la utilización de un modelo elástico equivalente es suficientemente buena aproximación para simular la mecánica de la pared arterial. Por otro lado, se concluyó que los resultados fluidodinámicos están fuertemente influenciados por la creación de flujo secundario producto de la curvatura de la vasculatura precedente al aneurisma. Al realizar las simulaciones, se debe considerar al menos un sifón suficientemente curvo en la geometría. Los resultados de las simulaciones FSI indican que las diferencias más grandes que se producen al variar cualquier parámetro se hallan en el sólido, de hecho los resultados fluidodinámicos, en su gran mayoría, no superan el 10 %. Por otro lado, el parámetro que genera mayor sensibilidad en los resultados es el espesor de la pared. Esta variable produce diferencias cercanas al 60% en el sólido, mientras que la variación de la condición de presión o la elasticidad de la pared, tan sólo producen diferencias del orden del 30 %. Se concluyó que la simulación más precisa desarrollada es la FSI que considera modelo de pared elástica Seshaiyer equivalente, presión normal a la salida y espesor de pared variable. En general, bajo esta metodología los esfuerzos y deformaciones son sobreestimados, mientras que el esfuerzo de corte en la pared es subestimado, lo cual la convierte en una prueba conservadora del riesgo de ruptura.

Ingeniero Civil en Computación / El estudio cuantitativo de estructuras microscópicas 3D requiere de herramientas computacionales, tanto para realizar mediciones como para su visualización, dada su complejidad y gran volumen. Una de las herramientas para medir y visualizar estas estructuras es el skeleton. Un skeleton es la representacion simplificada de la estructura en forma de grafo, compuesta por nodos y segmentos. Si bien existen múltiples algoritmos para su generación, estos buscan generalmente mantener propiedades topológicas y geométricas del objeto de estudio. Actualmente se cuenta con la implementación de un algoritmo de generación de skeletons [2], basado en el algoritmo propuesto por Au et al [3]. Esta implementación, si bien entrega resultados satisfactorios, presenta tiempos de cálculo muy extensos. Dado lo anterior, es que esta memoriam tiene como objetivo analizar y optimizar el tiempo de ejecución de esta implementación. En este trabajo se realizaron optimizaciones seriales y la paralelización del cálculo. La optimización serial incluyó: (1) implementación del algoritmo con una nueva estructura de datos: Halfedge, (2) optimización en la actualización de costos de arcos, (3) optimización en el uso de la cola de costos y (4) optimización de estructuras de datos. La paralelización fue realizada sobre una de las etapas más demandantes del algoritmo usando la unidad de procesamiento gráfico (GPU). Para validar las optimizaciones y paralelización, se realizaron pruebas de la correctitud y speed-up alcanzado en: (1) modelos 3D creados simples, (2) modelos sintéticos de estructuras biológicas y (3) modelos de estructuras biológicas obtenidas de imágenes de microscopía. Con las optimizaciones y paralelización implementados, se logró una mejora sustancial en el tiempo, pasando de días a minutos o incluso segundos. Además, se verificó que estas mejoras mantienen los skeletons resultantes bien definidos, vale decir, mantienen las propiedades que deben cumplir.

En este trabajo se presenta el diseño de una silla de ruedas, siguiendo la metodología de diseño VDI 2221, que permite posicionar verticalmente al usuario, con la finalidad que el usuario pueda relajar los músculos y ayudar a circular la sangre previniendo la formación de escaras. Además, ayuda al usuario a alcanzar otros objetos que escapan fueran de su radio desde la posición sentado. Esta silla de ruedas cuenta con un mecanismo capaz de levantar al usuario y colocarlo en una posición bípeda sin arriesgar su seguridad y comodidad. Cuenta con cinturones de seguridad, uno a la altura de la cintura, otro a la altura del pecho y otro a la altura de las rodillas, estos tres cinturones mantienen al usuario seguro en la posición bípeda. La elevación del usuario se realiza con un actuador de gas comprimido. En la posición sentada del usuario, este actuador se encuentra comprimido y la presión dentro del mismo es lo suficiente como elevar al usuario, y al momento de activar el mecanismo este actuador se descomprime y eleva al usuario disminuyendo la presión dentro del mismo. Para activar el conjunto del mecanismo, y por ende al actuador, se cuenta con unas palancas de mando que el usuario puede manejarlo de acuerdo a sus requerimientos. Este mecanismo de levante cuenta con un reposapiés que se regula de acuerdo al giro del asiento. Este reposa pies queda al ras del piso cuando el usuario está en posición bípeda ayudando a mantener el equilibrio del usuario. Por otro lado, el costo de esta silla de ruedas se estima en S/. 3,300, lo cuál es menor al monto previsto en los parámetros de diseño. Aun así, el diseño no está libre de ser sujeto de modificaciones que ayuden a mejorar la comodidad del usuario y la practicidad de la silla de ruedas.

En la presente tesis se plantea el problema de ¿Cómo se puede mejorar la postura en la fase salida de los atletas con discapacidad física, mental e intelectual del club Oswen, Chiclayo - Perú?, teniendo como objetivo principal mejorar la postura en la fase de salida de los atletas con habilidades especiales y dificultades motoras del club Oswen, Chiclayo – Perú y como objetivos específicos: “Diseñar una base de conocimiento basada en la información de uno o más expertos en preparación física de atletas especiales del club Oswen, Chiclayo – Perú”, “Determinar la arquitectura del sistema inteligente con visión computacional basado en variables, hechos y reglas para la detección de errores en las técnicas deportivas”, “Desarrollar los módulos del sistema inteligente con visión computacional considerando la arquitectura propuesta” y “Validar el sistema inteligente con visión computacional a través de juicios expertos”. Como resultado, se obtuvo que la implementación de un sistema inteligente con visión computacional ayudo a mejorar la postura de los atletas con habilidades especiales y dificultades motoras en la fase de salida.

El presente trabajo de tesis está enfocado en el desarrollo de una metodología de ensayos para evaluar las propiedades mecánicas de prótesis de miembro superior activadas por muñeca, fabricadas mediante el proceso de manufactura aditiva de modelado por deposición fundida. Actualmente, existen normas para evaluar prótesis de miembros inferiores y de cadera, sin embargo, la información disponible sobre cómo evaluar prótesis de miembro superior es muy escasa. Este trabajo representa una contribución para suplir la falta de normativa y procedimientos estándares para evaluar prótesis de miembro superior activadas por muñeca. La metodología desarrollada y los ensayos tecnológicos propuestos permiten determinar las propiedades mecánicas de la prótesis y sus capacidades máximas de carga. La metodología desarrollada fue validada mediante la aplicación en un diseño de prótesis perteneciente al proyecto “Dando una Mano”. Los resultados fueron satisfactorios y contribuyeron con la elaboración de una propuesta de optimización en el diseño de la prótesis evaluada. Los ensayos se llevaron a cabo en el Laboratorio de Materiales PUCP y los componentes de la prótesis fueron fabricados en el Laboratorio de Manufactura Digital VEO 3D PUCP. Este trabajo de tesis fue financiado por el CONCYTEC-FONDECYT en el marco de la convocatoria Proyecto Investigación Básica y Aplicada, 2017-02, titulado: Optimización del uso de polímeros sintéticos en procesos de manufactura aditiva mediante modelos de simulación computacional y técnicas de caracterización de materiales. Caso de estudio: aplicaciones médicas en prótesis de mano [Contrato N° 163-2017- FONDECYT]. Y los resultados han sido publicados en la revista “Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal” en un artículo titulado “Mechanical Testing Methods for Body-Powered Upper-Limb Prostheses: A Case Study”.