Modelagem da pele humana usando Bond Graph para desenvolvimento de um simulador derivado de látex

Abstract

O presente trabalho tem por objetivo propor uma modelagem matemática da pele humana, visando compreender seu funcionamento em função de algumas variáveis que compõem este sistema, correlacionando-as de forma a tentar reproduzir sua ação em resposta à inserção de agulhas flexíveis e avaliar os parâmetros que podem ser interferidos ou variados neste sistema. Com objetivo de aliar a capacidade da modelagem matemática, pretende-se realizar uma análise dinâmica de sistemas complexos não-lineares. Para isso, o método aplicado será a modelagem Bond Graph, que permite a obtenção via espaço de estado, análises da dinâmica não linear do sistema, dinâmica interna e técnica da dinâmica zero. Será desenvolvido um protótipo derivado de látex (biomaterial), pelo processo de confecção manual, que será avaliado como um simulador das características dinâmicas da pele para ensaios com agulha. Este protótipo será validado, comparando suas respostas com testes feitos em pele humana. A escolha do látex como material justifica-se pela biocompatibilidade, propriedades mecânicas e facilidade de moldar esse material em formatos complicados. Destarte, esse projeto apresenta grande importância pois permite, através da modelagem e simulação do comportamento da pele humana através do protótipo para testes, maior precisão por meio do controle da agulha melhorando a eficácia dos sistemas de guiagem robóticos. _____________________________________________________________________________ ABSTRACT

This present work aims to propose a mathematical modeling of the human skin, with the objective to understand its operation due to some variables that compose this system, correlating them to try to reproduce its action in response to the insertion of flexible needles and evaluate the parameters that may be interfered or varied in the system. Aiming to combine the ability of mathematical modeling, it is intended to perform a dynamic analysis of complex nonlinear. For that, the method used will be Bond Graph modeling, which allows obtaining the state space solution, the analysis of nonlinear dynamics of the system, internal dynamics and zero dynamics technique. It will be developed a prototype derived from latex (biomaterials), by the manual making process, that will be valued as a simulator of the skin dynamic characteristics for tests using needle. This prototype will be validated, comparing its answers with tests in human skin. The choice of latex as material is justified by biocompatibility, mechanical properties and ease of shaping this material into complicated shapes. Thus, this project has great importance because it allows, through modeling and simulation of the human skin behavior through prototype testing, greater precision by controlling the needle improving the effectiveness of robotic guidance systems.