Show simple item record

dc.contributorSerrancolí, Gil
dc.contributorGuix Noguera, Maria
dc.contributorSánchez Ordóñez, Samuel
dc.contributor.authorIzquierdo Prat, Gerard
dc.contributor.otherUniversitat Politècnica de Catalunya. Departament d'Enginyeria Mecànica
dc.date.accessioned2023-02-14T12:57:49Z
dc.date.issued2022-07-06
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/2117/382985
dc.description.abstractEls biobots són una eina d’experimentació que cada cop està sent més utilitzada per recrear a petita escala sistemes biològics per generar models d’estudi rellevants, com en aquest cas, el d’una articulació humana. En aquest Treball de Final de Grau es durà a terme un conjunt de simulacions i experiments per aconseguir un model biohíbrid que simularà una articulació humana, més específicament un genoll, a partir de biobots basats en hidrogels que contenen cèl·lules musculars, i un esquelet polimèric i flexible que és biocompatible. Aquest treball és una col·laboració entre SIMMA Lab (Simulation and Movement Analysis Lab) de l’EEBE (Escola d’Enginyeria de Barcelona Est) i el grup Smart nano-biodevices de l’IBEC (Institute for Bioengineering of Catalonia). Primerament, es presenta una recerca dels treballs relacionats en aquest àmbit per adquirir una base teòrica sòlida. A continuació, es presenta un model de simulació en MATLAB per poder tenir una idea aproximada del comportament del model. Seguidament, pel que fa a la part experimental, s’introdueixen els dissenys en SolidWorks i que són impresos en 3D per testejar-los amb anells compostos de cèl·lules musculars que mouen l’estructura com si d’una articulació es tractés. Com es pot veure, al llarg del projecte, la part experimental presenta alguns desafiaments en treballar amb elements biològics i tècniques innovadores de fabricació en 3D. Tot i això, durant les darreres proves, un dels models presenta un moviment ben definit que correspon a la contracció muscular quan s'apliquen polsos elèctrics, obtenint la força d'acció de l'actuador cel·lular i realitzant un moviment que imita i pot ser representatiu de l'articulació . Els principis del projecte han estat demostrats tant teòricament com experimentalment. Se n'han identificat les limitacions, la majoria de les quals han resolt pas a pas fins a arribar a un resultat satisfactori, tot i que els projectes de recerca actuals plantegen diversos desafiaments relacionats amb la novetat del treball i la manca d'experiments similars reportats anteriorment.
dc.description.abstractLos biobots son una herramienta de experimentación que está siendo cada vez más utilizada para recrear a pequeña escala sistemas biológicos para generar modelos de estudio relevantes, como en este caso, el de una articulación humana. En este Trabajo de Final de Grado se llevará a cabo un conjunto de simulaciones y experimentos para conseguir un modelo biohíbrido que simulará una articulación humana, más específicamente una rodilla, a partir de biobots basados en hidrogeles que contienen células musculares, y un esqueleto polimérico y flexible que es biocompatible. Este trabajo es una colaboración entre SIMMA Lab (Simulation and Movement Analysis Lab) del EEBE (Escola d’Enginyeria de Barcelona Est) y el grupo Smart nano-bio-devices del IBEC (Institute for Bioengineering of Catalonia) . En primer lugar, se presenta una búsqueda de los trabajos relacionados en este ámbito para adquirir una base teórica sólida. A continuación, se presenta un modelo de simulación en MATLAB para poder tener una idea aproximada del comportamiento del modelo. Seguidamente, en lo que se refiere a la parte experimental, se introducen los diseños en SolidWorks y que son impresos en 3D para testearlos con anillos compuestos de células musculares que mueven la estructura como si de una articulación se tratara. Como se puede ver, a lo largo del proyecto, la parte experimental presenta algunos desafíos al trabajar con elementos biológicos y técnicas innovadoras de fabricación en 3D. Sin embargo, durante las últimas pruebas, uno de los modelos presenta un movimiento bien definido que corresponde a la contracción muscular cuando se aplican pulsos eléctricos, obteniendo la fuerza de acción del actuador celular y realizando un movimiento que imita y puede ser representativo de la articulación. Los principios del proyecto han sido demostrados tanto teórica como experimentalmente. Se han identificado sus limitaciones, resolviendo la mayoría de ellas paso a paso hasta llegar a un resultado satisfactorio, a pesar de que los proyectos de investigación actuales plantean varios desafíos relacionados con la novedad del trabajo y la falta de experimentos similares reportados anteriormente.
dc.description.abstractBiobots are an experimentation tool that is being increasingly used to recreate biological systems on a small scale to generate relevant study models, as in this case, the example of a human joint. In this Treball de Final de Grau, a set of simulations and experiments will be carried out to obtain a biohybrid model that will simulate a human joint, more specifically a knee, from biobots based on hydrogels that contain muscle cells, and a polymeric and flexible skeleton which is biocompatible. This project is a collaboration between SIMMA Lab (Simulation and Movement Analysis Lab) from EEBE (Escola d’Enginyeria de Barcelona Est) and the Smart nano-bio-devices group form IBEC (Institute for Bioengineering of Catalonia). Firstly, research of the related works in this field is presented to acquire a solid theoretical base. Next, a simulation model in MATLAB is presented in order to have an approximate idea of the behavior of the model. Following, regarding the experimental part, the designs are introduced in SolidWorks and printed in 3D to be tested with rings made up of muscle cells that move the structure as if it was a joint. As can be seen that throughout the project, the experimental part presents some challenges when working with biological elements and innovative 3D manufacturing techniques. However, during the last tests, one of the models presents a well-defined motion that corresponds to the muscle contraction when electrical pulses are applied, obtaining the cell-based actuator force output and realizing a moved that mimics and can be representative of the joint movement. The principles of the project have been demonstrated both theoretically and experimentally. Its limitations have been identified, solving most of them step by step until reaching a satisfactory result, even though the current research projects posed several challenged related to the novelty of the work and the lack of similar experiments previously reported.
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversitat Politècnica de Catalunya
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjectÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica
dc.subjectÀrees temàtiques de la UPC::Enginyeria electrònica
dc.subject.lcshJoints
dc.subject.otherbiobots
dc.subject.otherbiohybrid model
dc.subject.othermuscular ring
dc.subject.otherskeleton.
dc.titleSimulation and validation of a dynamic model for a biobot representing a human joint
dc.typeBachelor thesis
dc.subject.lemacBiobot
dc.subject.lemacArticulacions
dc.identifier.slugPRISMA-169993
dc.identifier.slugPRISMA-169994
dc.rights.accessRestricted access - confidentiality agreement
dc.date.lift2027-06-20
dc.date.updated2022-08-30T11:00:27Z
dc.audience.educationlevelGrau
dc.audience.mediatorEscola d'Enginyeria de Barcelona Est
dc.audience.degreeGRAU EN ENGINYERIA MECÀNICA/GRAU EN ENGINYERIA ELECTRÒNICA INDUSTRIAL I AUTOMÀTICA (Pla 2020)
local.nextaccessrightRestricted access - author's decision


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record