طراحی، مدلسازی، و آزمایش یک حسگر لامسه ای نوین بر اساس تغییر شکل یک غشاء الاستیک جهت تعیین سفتی بافت بیولوژیکی

امروزه حسگرها یکی از اجزای ضروری در پیشرفت و گسترش سیستم های هوشمند در صنایع مختلف می باشند که در این ارتباط علم پزشکی نیز بی بهره نبوده و زیر مجموعه های مختلف آن از قبیل: تشخیص، درمان از طریق جراحی، توانبخشی و علوم مرتبط توسعه زیادی پیدا کرده اند. روش های مدرن جراحی از جمله جراحی با حداقل تهاجم((minimally invasive surgery باعث دور شدن دستان جراح از شیء هدف و محل جراحی می گردند که در نتیجه آن، میزان درک و احساس جراح به واسطه عدم وجود حس تماس به میزان قابل ملاحظه ای کاهش می یابد. موفقیت یک جراح در انجام یک عمل جراحی بستگی زیادی به توانایی او در درک و تشخیص درست هدف و محیط پیرامون آن دارد. پس حس لامسه یکی از مهمترین و پرکاربردترین حواس در این ارتباط به حساب می آید. این حس با ارایه ویژگی های گوناگونی از قبیل: شکل، موقعیت و راستا، اندازه، وزن، دما، زبری و نرمی، میزان سفتی و دیگر مشخصات از شیء هدف، می تواند اهمیت بسزایی در موفقیت یک فرآیند درمانی مثل عمل جراحی از مراحل ابتدایی تشخیص تا درمان کامل داشته باشد. در طراحی حسگر ها از اصول مکانیکی، مقاومتی، هدایتی، خازنی، مغناطیسی، فایبر اپتیک، پیزوالکتریک و امواج آکوستیک سطح استفاده می گردد. هدف از انجام این پروژه، طراحی، ساخت و آزمایش یک نوع حسگر لامسه ای بر اساس تغییر شکل الاستیک یک غشاء به منظور اخذ اطلاعاتی از نقطه تماس حسگر با شیء از قبیل نیروی وارد بر نقطه تماس بین حسگر و شیء و برخی خواص مکانیکی شیء از جمله سفتی آن می باشد. کاربرد دیگر این حسگر، ارایه شماتیکی از شکل ظاهری شیء هدف در نقطه تماس می باشد که با آرایه های منظمی از این حسگر می توان به این امر دست یافت. بر همین اساس طراحی و مدل سازی این حسگر به دو طریق، استفاده از روابط تحلیلی و حل عددی با بکارگیری نرم افزار ansys انجام پذیرفت. پارامترهای موثر در کاربری و عملکرد غشاء از قبیل ضخامت غشاء، شعاع غشاء و جنس غشاء مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفتند. نتایج حاصل از روش های تحلیلی و عددی، همخوانی خوبی با یکدیگر داشتند و بر اساس نتایج بدست آمده از روش های فوق الذکر، ساخت حسگر بر پایه استفاده از دو اصل اندازه گیری خازنی و مقاومتی در تعیین میزان تغییرشکل غشاء صورت پذیرفت. نتایج حاصل از آزمایش حسگر با نتایج تیوری اختلاف قابل قبولی داشتند. ویژگی و پارامترهای اصولی عملکرد حسگرها در خصوص حسگر موردنظر مورد ارزیابی و بررسی قرار گرفت و حسگر ساخته شده در بازه عملکردی موردنظر از دقت لازم برخوردار بود. این حسگر نوین با دو جنبه تشخیصی و درمانی کاربرد فراوانی در پزشکی خصوصاً بخش تجهیزات جراحی از راه دور از جمله آندوسکوپی و لاپاراسکوپی دارد.