CƠ CẤU CHẤP HÀNH THỦY LỰC PHỎNG SINH HỌC

                    ( BIONICS HYDRAU LIC ACTUATOR)

                                                                                                Ks Dư văn Rê

                                                Khoa Cơ khí , Trường Đại học Bách khoa 

                                                                                                                                    ( English)

TÓM TẮT

            Hiện nay Truyền dẫn thủy lực đã được ứng dụng vào tất cả các lĩnh vực của đời sống con người, Trong y học người ta đã có tim, van, mạch máu nhân tạo; nhưng để cấy ghép vào trong cơ thể con người thì các cơ cấu chấp hành thủy lực truyền thống có nhiều điều bất lợi. Báo cáo này xin đưa ra một cơ cấu chấp hành thủy lực mới và tạm đặt tên là “ Cơ cấu chấp hành thủy lực phỏng sinh học”. Với kết cấu và nguyên lý hoạt động khác với các cơ cấu truyền thống nên nó có thể ứng dụng vào việc cấy ghép vào trong cơ thể con người với mục đích phục hồi khả năng vận động. Kết hợp với các thành tựu trong công nghệ sinh học hiện nay ta có khả năng tạo ra cơ cấu chấp hành thủy lực sinh học hoạt động nhờ vào lưu chất sinh học. 

ABSTRACT

            Today hydraulic transmission is widely applied into human life. For Medicine there are artificial hearts, valves, veins; but the tradition hydraulic actuators can’t be used to insert into human body because of their disadvantages. This lecture introduces a new hydraulic actuator which could be named: “ Bionics hydraulic actuator”. It has structure and operating method different from the tradition ones. With many advantage facts so that it can be insert into human body for the purpose of action recovering. Combing with the effects of modern biotechnology we could make a Biohydraulic actuator which operates with Biofluid. 

1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

            Ngày nay nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật đã được ứng dụng vào việc chỉnh hình, thay thế cho các cơ phận thiếu hỏng trong cơ thể con người. Riêng đối với truyền dẫn thủy lực người ta đã tạo ra được tim, van, mạch máu nhân tạo; nhưng với các cơ cấu chấp hành hiện có thì khó có thể chấp nhận để tạo ra cơ bắp nhân tạo, ( hình 1) 

  Hình 1. Cơ cấu chấp hành thuỷ lực truyền thống 

 

     Bởi các đặc điểm của nó khi sử dụng cấy ghép vào cơ thể:

            - Về cấu tạo: có nhiều chi tiết thành phần chuyển động tương đối với nhau.

            - Cơ chế hoạt động không thích hợp, phương thức kích hoạt chưa hợp lý.

            - Vật liệu chế tạo các cơ cấu không tương thích với cơ thể con người.

            - Môi chất sử dụng nếu là môi chất lạ có thể rò rỉ ra ngoài gây tác hại đến sức khỏe củ người được cấy ghép.

            Để khắc phục những nhược điểm trên của các cơ cấu chấp hành thủy lực truyền thống, ta dung cơ cấu chấp hành thủy lực có kết cấu mới dựa theo nguyên lý hoạt động của cơ bắp và tạm đặt tên là “Cơ cấu chấp hành thủy lực phỏng sinh học” ( hình 2). 

Hình 2. Cơ cấu chấp hành thuỷ lực phỏng sinh học. 

 

2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CƠ CẤU: ( hình 3) 

Hình 3. Nguyên lý hoạt động của cơ cấu chấp hành thuỷ lực phỏng sinh học.

 

Nguyên lý hoạt động của cơ cấu dựa trên sự biến dạng của một ống hình trụ thành hình cầu khi được cấp lưu chất có áp suất. Trong đó biến dạng các hướng không như nhau ( bất đẳng hướng), cụ thể là Đường sinh của hình trụ ( biến thành kinh tuyến của hình cầu) rắn, không biến dạng dài; Đường chuẩn của hình trụ ( biến thành vĩ thuyến của hình cầu) mềm, biến dạng rất lớn. Sự biến dạng này sẽ làm cho cơ cấu phình dãn ra hai chiều và co lại ở chiều còn lại tương tự như cơ bắp khi hoạt động. 

3. KẾT CẤU CƠ BẢN

            Hiện nay vẫn chưa có vật liệu nào có khả năng đáp ứng cho nguyên lý hoạt động của cơ cấu kể trên ( biến dạng bất đẳng hướng với tỷ lệ rất lớn) do đó kết cấu của cơ cấu chỉ có thể là dạng nhiều lớp với hai thành phần:

 

3.1. Thành phần chịu lực: Gồm các sợi có độ bền cao, không dãn dài, có thể bện thành lưới. Ta có nhiều dạng lưới, ( hình 4) là một dạng lưới cơ bản đáp ứng được cơ chế hoạt động của cơ cấu.

3.2. Thành phần làm kín: Là lớp phủ làm bằng vật liệu có độ co dãn cao, đàn hồi tốt, có độ dai thích hợp; thành phần này có thể có một hoặc nhiều lớp, có thể rời hoặc liền với lớp chịu lực. 

Hình 4. Kết cấu lưới. 

 

4. PHƯƠNG THỨC KÍCH HOẠT

Kết cấu của cơ cấu chỉ có một buồng duy nhất và chỉ có một chi tiết thành phần. Để cho cơ cấu hoạt động thì ta có các phương án kích hoạt: 

4.1. Phương án cấp và xả cùng một cửa: ( hình 3)

            - Phương án này dễ thực hiện với kết cấu đơn giản.

            - Không áp dụng được nếu sử dụng lưu chất sinh học để hoạt động, có thể gây hỏng lưu chất.

4.2. Phương án cấp ngỏ vào kết hợp xả ngỏ ra: ( hình 5)

            Lưu chất được cấp liên tục ở ngỏ vào, cơ cấu sẽ được kích hoạt và hoạt động như thế nào phụ thuộc vào bộ phận cản ở ngỏ ra ( nhờ vào một dạng cơ cấo chấp hành thủy lực kiểu khác ( hình 6) không gây tổn hại cho lưu chất). 

Hình 5. Phương án cấp ngỏ vào kết hợp ngỏ ra. 

 

Hình 6. Cơ cấu chấp hành thuỷ lực dạng vòng. 

 

5. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG

            Với các tiến bộ trong kỹ thuật sinh học hiện nay người ta có thể tạo ra cơ cấu chấp hành thủy lực kể trên bằng vật liệu sinh học, cộng với cơ chế hoạt động và phương thức kích hoạt thì cơ cấu chấp hành thủy lực phỏng sinh học có thể được dùng để cấy ghép vào cơ thể và sử dụng lưu chất sinh học để hoạt động. 

LỜI KẾT

            Vấn đề nêu trên hoàn toàn mới lạ, nhưng các nguyên lý hoạt động đã được thực hiện và chứng minh, chỉ còn là vấn đề ứng dụng. Qua báo cáo này mong rằng vấn đề đã nêu được nhiều người quan tâm nghiên cứu và ứng dụng với hiệu quả cao nhất. 

TÀI LIỆU THAM KHẢO

( 1)  Power Hydraulic.  Michael J. Pinches – John G. Ashey. ( Prentice hall)

( 2)  YUKEN Hydraulic Productions. EC 100031.

( 3)   FESTO Didatic.

( 4)   www/uspt/html.com. (Pneumatic actuator)  

Top-Of-The-World.mp3

Make a free website with Yola