Biyomekatronik, mekatronik mühendisliği disiplinin alt dallarından biridir. Biyomekatronik, günümüzde, önemli mühendislik ve tıp konularından birisidir; hem mekatronik mühendisliğinde önemli bir çalışma alanı hem de tıp biliminde insan uzuv hareketlerinin desteklenmesi, uzuvların güçlendirilmesi, sorunlu vücut fonksiyonlarının iyileştirilmesi veya bizzat uzuvlara ait fonksiyonları yerine getirmesinde önemli bir rol oynar.
Bir biyomekatronik sistem, insan vücut fonksiyonlarından birinin yerine geçer veya bu fonksiyonu destekleyecek nitelikte işlev görür. Klasik bir mekatronik sistemden farklı olarak biyomekatronik sistemler, fiziksel boyut ve geri besleme elemanları açısından değişiklik gösterir. Bu sistemlerde konvansiyonel geri besleme elemanlarının yanısıra biyolojik geri besleme elemanları da kullanırlar.
Biyomekatronik çalışmalarında, hastalık veya doğum kusurları ile kaybedilmiş veya bozulmuş motor kontrolüne yardım edilmesi veya motor kontrolünün geliştirilmesi amacıyla, insan kas, iskelet ve sinir sistemleri ile etkileşimli cihazların tasarımı ve uyarlanması hedeflenmiştir.
Bu hedef doğrultusunda, tasarlanan ve kontrol edilen robotik ve destek sistemlerinde
• biyomekatronik bütünleşmiş tasarım,
• biyolojik ilham,
• çok bileşenli elektromekanik sistem
konularına odaklanılmıştır.
Biyomekatronik Konuları
İnsan hareketlerinin kontrolü, ortez-protez ve hareket destekçi tasarımları, motor bozukluğu olan bireylerin rehabilitasyonu, arayüz tasarımları, biyolojik ve mekanik sensör geliştirme, dış iskelet robotları, yürüme analizleri, elektriksel stimulasyon, yapay organlar, biyolojik işaret işleme biyomekatroniğin ilgilendiği konulardır.
Etkili bir biyomekatronik sistem tasarımı için;
- Temel Anatomi ( İskelet ve Kas Sistemleri)
- Biyosinyaller (EMG,ENG,EEG) ve Biyosinyal işleme
- Biyo uyumlu algılayıcılar(Sensörler)
- Eyleyiciler(Aktüatörler)
- Temel kontrol yazılımları
konuları hakkında eğitim alınması gerekmektedir.
Örnek Çalışmalar
Marmara Üniversitesi ve University of Tennessee at Chattanooga bünyesinde bulunan ve Dr.Erkan Kaplanoğlu tarafından yönetilen Biyomekatronik ve Destek Sistemler Laboratuvarlarında (BioAstLab) ve diğer üniversitlerle yapılan bazı çalışmalardan örnekler sunulmuştur.
- Şekil Hafızalı Materyal Denetimli Protez El (Patent)
- Yürüme Zorluğu Çeken Çocuklar İçin Destek Sistemi Gerçekleştirilmesi (Marmara Üniversitesi- Dr. Osman Ülkir, Dr.Yasar Tatar)
- 24 Serbestlik Dereceli EMG Kontorlü Hibrid Etkili Protez El (Bogazici Univ- Dr.Mehmed Özkan )
- Simüle Hippoterapi Sisteminin Geliştirilmesi ve Serebral Palsili Çocuklarda Etkinliğinin Araştırılması (Marmara Üniversitesi-Dr.Zübeyir Sarı)
- Aktif Ayak-ayak Bileği Ortezin Tasarımı Ve Veri Güdümlü Öngörülü Kontrolü (Marmara Üniversitesi- Dr. Osman Ülkir)
- El Rehabilitasyon Dış İskelet Robotunun Veri Kontrolü ( Marmara Üniversitesi -Dr Gazi Akgün)
- Çoklu Kavramalı Aktif Protez El (Vanderbilt University- Dr. Michael Goldfarb)
- Protez Elin Hareket Yörüngesinden Son Kavrama Durumunun Belirlenmesi İçin Derin Öğrenme Yaklaşımı (Tennessee State UnIversity- Dr.Erdem Erdemir)
- EMG Destekli Pnömatik Eyleyicili Denge Sistemi Tasarımı ve Kontrolü (Universıty of Tennesee at Chattanooga-Dr.Jeremy Bruce, Dr.Max Jordan)
Sonuç
Biyomekatronik artan ve hızla yaşlanan dünya nüfusu ile beraber her geçen gün önem kazanan konulardan biridir. Dünyada bu alandaki çalışmalar henüz istenen seviyede bireylerin kullanımına sunulamamıştır. Yapılan çalışmalar büyük oranda halen akademik seviyede devam etmektedir. Bu nedenle ülkemizde biyomekatronik araştırma çalışmalarının yaygınlaştırması ve artması gerekmektedir. Bu sayede dünyadaki gelişmelere ayak uydurulabilir ve ilgili sektörlerde söz sahibi olunabilir. Ülkemiz üniversitelerinde bu anlamda diğer dünya üniversiteleri ile eş seviyede akademik çalışmalar yapılmaktadır. Bu çalışmaların desteklenmesi ve yaygınlaştırılması gerekmektedir.
Referanslar
- Erkan Kaplanoğlu, Osman Ülkir, Gazi Akgün, ‘Biyomekatronik Sistemlere Giriş’ Papatya Yayınları ISBN: 978-605-9594-24-0
- O. Ulkir, G. Akgun, A. Nasab, E. Kaplanoglu, (2021). ‘Data-Driven Predictive Control of a Pneumatic Ankle Foot Orthosis’. Advances in Electrical and Computer Engineering 21(1):65-74. doi:10.4316/AECE.2021.01007
- Akgün G., Çetin E., Kaplanoglu E., (2020). “Exoskeleton design and adaptive compliance control for hand rehabilitation” Transactions of the Institute of Measurement and Control. ISSN: 01423312 https://doi.org/10.1177%2F0142331219874976
- Ulkir, O., Akgun, G., Toptas, E. and Kaplanoglu, E., (2020). “Design and Myoelectric Control Of An Active Orthosis Device Using Finite State Machine Algorithm.” Technium: Romanian Journal of Applied Sciences and Technology, 2(7), pp.286-296.
- Akdoğan, E., “Bir Alt Disiplin Olarak Biyomekatronik”, Türkiye Otomatik Kontrol Ulusal Toplantısı-TOK 2013, Malatya, pp. 176-178, 2013.
- Jordon, Max Dr; Kaplanoglu, Erkan; and Bruce, Jeremy Dr, “Design and Control of EMG Supported Pneumatic Actuated Balance Board”. ReSEARCH Dialogues Conference proceedings. April 2020
- M. M. Alseed, N. Karabacak, Z. Sari and E. Kaplanoglu, “Portable EMG Monitoring System for Hippotherapy,” 2019 3rd International Symposium on Multidisciplinary Studies and Innovative Technologies (ISMSIT), Ankara, Turkey, 2019, pp. 1-4. doi: 10.1109/ISMSIT.2019.8932723
- Sekmen, A., E. Kaplanoglu, E. Erdemir, S. F. Hussaini, and C. Uyanik. “A deep learning approach for final grasping state determination from motion trajectory of a prosthetic hand.” (2019).
Yazar
