Kunngjøring av resultater

Basert på beregningsmekanikk, definerer topologisk optimalisering den optimale balansen mellom motstand mot bøyning og høy injeksjonskapasitet.

Kunngjøring av resultater

Vi har brukt banebrytende-beregningsmekanikk og topologioptimaliseringsteknologier for å definere "Pareto-optimal grense" for ytelsen til stive rørstrukturer med spor. Basert på dette har vi utviklet "OptiSlot" intelligent designplattform og tilhørende produkter. Denne plattformen kan automatisk generere unike optimale spormønstre i henhold til spesifikke målbegrensninger som aksial styrke, bøyemotstandskoeffisient, torsjonsstivhet og vekt. Som et resultat har de stive rørene med slisser produsert av denne plattformen en omfattende mekanisk ytelse som er over 40 % høyere enn tradisjonelle empiriske design, og oppnår en enestående presis balanse mellom bøyemotstand og aksial injeksjonskraft.

Forskning og utvikling Bakgrunnsutfordringer

I utformingen av stive rørstrukturer har ingeniører lenge vært avhengige av empiriske formler og prøve--og-feilmetoder for å definere parametrene for sporing (som spaltelengde, spaltebredde, avstand og vinkel). Denne tilnærmingen er ikke bare ineffektiv, men også vanskelig å kvantitativt evaluere ytelsesforskjellene mellom ulike design, og den er ikke i stand til å utforske potensielle design som nærmer seg den teoretiske grensen. Som et resultat har designene en tendens til å være altfor konservative, enten ofre for mye intern plass for sikkerhet eller introdusere bøyerisiko når man forfølger den ultimate injeksjonskraften. Klinisk er det betydelige batch-til-batchvariasjoner og design blinde flekker i "følelsen" og påliteligheten til enhetene. Mangelen på en fysisk-basert, systematisk designmetodikk er den grunnleggende årsaken til den stagnerende produktytelsen og det alvorlige homogenitetsproblemet.

Kjerneteknologisk innovasjon

• Parametrisk endelig element og multi-optimaliseringsintegrasjonsplattform:Vi har utviklet et integrert designmiljø med uavhengige immaterielle rettigheter, som sømløst kobler parametrisk geometrisk modellering, ikke-lineær endelig elementanalyse (FEA) og multi-objektiv genetisk algoritme (MOGA). Brukere trenger bare å legge inn ytre diameter, veggtykkelse, materialegenskaper og forventet ytelsesmålområde (som minimum kompresjonsbruddkraft, maksimal tillatt bøyevinkel, minimum torsjonsstivhet), og plattformen kan automatisk optimalisere blant tusenvis av mulige design. Algoritmen tar aksial stivhet, lateral bøyemotstand, torsjonsoverføringseffektivitet, vekt osv. som optimaliseringsmål, og gir til slutt ut en serie ikke-dominerte løsninger (dvs. designskjemaer som ikke kan forbedres i ett aspekt uten å skade et annet) på "Pareto-fronten", som ingeniører kan velge basert på prioritet.
• Bionic og Non{0}}uniform Interlaced Slot Database:Ved å bryte den tradisjonelle, uniforme straight-slot-tankegangen, har vi konstruert en database som inneholder dusinvis av avanserte spilleautomattyper. Disse sportypene er inspirert av naturlige anti-bøyningsstrukturer, slik som bambusledd, kortikale lag av beins Havercus-rørsystem, etc. Inkludert, men ikke begrenset til: gradvis skiftende avstandsspor, bue-formede spenningsdiffusjonsspor, fraktale forgreningsspor, asymmetriske enheter kan generere svært komplekse torsjonsspor til plattformen, etc. ikke-jevnt fordelte, men mekanisk effektive sammensatte spormønstre.
• Kobling av produksjonsbegrensninger og produktivitetsverifisering:I løpet av optimaliseringssyklusen innebygde vi innovativt "Manufacturing Constraint Module." Denne modulen evaluerer produksjonsevnen til hvert generert design i sanntid, inkludert gjennomførbarheten av laserskjæring (som minimum indre vinkelradius, unngå varmeakkumulering), tilgjengeligheten til poleringsverktøy, og om det vil generere vanskelige-å-fjerne grader. Optimaliseringsalgoritmen vil automatisk unngå upraktiske design, og sikre at hver optimale løsning er et "produserbart optimum", som går direkte fra det digitale rommet til produksjonslinjen, og eliminerer "papirprat".

Virkningsmekanisme

Designfilosofien til OptiSlot-plattformen er "guide stress, ikke motsette stress." De genererte spaltemønstrene planlegger i hovedsak den mest effektive og jevne overføringsveien for de indre kreftene (stressstrømmen) til røret under komplekse belastninger. Gjennom beregningsmekanikk-simulering identifiserer plattformen nøyaktig "kraftkjeden" som bærer hovedbelastningen under aksialt trykk, samt de "svake områdene" som er utsatt for å bøye seg under sidekrefter. De optimaliserte sporene vil beholde tilstrekkelige kontinuerlige "brodannende" materialer langs "kraftkjede"-banen, som en solid hovedvei; mens i "svake områder" eller ikke-primær last-bærende soner, er spesifikke former og retninger til sporene strategisk introdusert. Disse sporene er som omhyggelig utformede "fleksible skjøter" eller "energiabsorbenter", som lar materialet gjennomgå liten, kontrollerbar elastisk deformasjon, og dermed sprer slagenergien og forhindrer lokal ustabilitet fra å spre seg til en fullstendig kollaps. Dette stressfeltbaserte-aktive styringsdesignet oppnår den mest økonomiske og effektive utnyttelsen av materialdistribusjon.

Effektverifisering

Ved å sammenligne den tradisjonelle ensartede spordesignen med OptiSlot-optimalisert design, er forskjellene betydelige: mens den møter den samme trykkfeilmotstanden (som 1000N), reduseres vekten av rørkroppen i den optimaliserte utformingen i gjennomsnitt med 18 %, eller den indre diameteren kan utvides med 15 %. I tre--punkts bøyetesten, når samme avbøyning nås, er belastningen som bæres av den optimaliserte designrørkroppen 25 %-50 % høyere enn den tradisjonelle designen. Enda viktigere er at feilmodusen til det optimaliserte designet er mer "skånsom", manifestert som progressiv og flertrinns ettergivelse, snarere enn plutselig brudd, og gir verdifull tilbakemelding og reaksjonstid for operatøren. I en applikasjon for spinalfusjonsimplantatverktøy hadde styrehylsen designet med OptiSlot en torsjonsvinkelfeil på 60 % reduksjon under det simulerte maksimale implantatmomentet sammenlignet med tidligere, og kirurgens tilbakemelding var at den hadde en "mykere" følelse, var mer forutsigbar, og tilliten til å betjene instrumentet økte betydelig.

Forsknings- og utviklingsstrategi og filosofi

Vår kjernestrategi er "design driver ytelse, simulering erstatter prøving og feiling." Vi ser på avanserte beregningssimulerings- og optimaliseringsteknologier som "supermikroskopet" og "akseleratormotoren" for utviklingen av nye medisinske enheter i den nye tiden. Vi har investert tungt i å bygge-databehandlingsklynger med høy ytelse og har utviklet et profesjonelt team som spenner over solid mekanikk, beregningsmatematikk og programvareteknikk. Vår filosofi er: ekte innovativ design ligger ofte i det store rommet utenfor menneskelig intuisjon og erfaring, og de fysikkbaserte- intelligente optimaliseringsalgoritmene er den beste guiden for å utforske dette ukjente territoriet. Vi er forpliktet til å frigjøre ingeniører fra repeterende, erfaringsbasert-arbeid, slik at de kan fokusere på å definere mer avanserte ytelseskrav og kliniske problemer, samtidig som vi overlater oppgaven med å finne den optimale løsningen til de utrettelige intelligente algoritmene.

Fremtidsutsikter

I fremtiden vil strukturell optimalisering skifte fra statisk til dynamisk, og fra isolerte komponenter til systemintegrasjon. Vi utvikler «sanntids-topologioptimalisering»-teknologien, som dynamisk kan justere den lokale stivhetsfordelingen til instrumentet basert på sanntids-navigasjonsdata under operasjonen (som kontaktkraften mellom instrumentet og beinet, og vevets impedans). Samtidig vil vi utvide optimaliseringsomfanget fra en enkelt rørkropp til hele instrumentsystemet, inkludert koblingsgrensesnittene mellom rørkroppen og det proksimale håndtaket, og det distale arbeidshodet, for å oppnå optimalisering av den mekaniske ytelsen på systemnivå. Den videre visjonen er å etablere et "skydesignmarked", der klinikere eller instrumentselskaper kan sende inn sine ytelseskravpakker. Skyplattformen vår vil returnere flere virtuelle-verifiserte optimaliserte designskjemaer og relaterte ytelsesprediksjonsrapporter innen noen få timer, noe som akselererer prosessen betydelig fra konsept til prototype av innovative instrumenter og fremmer ankomsten av æraen med personlig tilpassede kirurgiske instrumenter.