Diseño y construcción de un dispositivo para medir la respuesta mecánica de biomateriales y tejidos Público Deposited
In this project, a compact and lightweight device capable of measuring the mechanical response of cartilage tissue applying static compression tests was designed and built. The device was instrumented with an Arduino, which not only controls a load cell and a stepper motor, but also communicates with a user-friendly interface programmed in Python. Thus, allowing the sending of measurement data from the Arduino to the interface installed on a computer. This interface, in addition to controlling the device, is also responsible for processing the data and generating calculations from them. Once the device was completed, calibration was performed using calibration masses and the mechanical response of chicken cartilage from the femoral head was measured and the behavior of this material was analyzed. Finally, based on the results of the first cartilage measurement, new measurements were performed on two samples of chicken cartilage extracted from the femoral head of two different chickens. The results were analyzed and some calculations such as dissipated energy (Finished deformation work), recovered energy (Recoverable work) and resilience were performed. Additionally, because the behavior of chicken cartilage is not linear, it does not follow Hooke's Law, the Mooney-Rivlin model for hyperelastic materials was applied to calculate Young's Modulus
En este proyecto se diseñó y construyó un dispositivo compacto y ligero capaz de medir la respuesta mecánica de tejido de cartílago aplicando pruebas de compresión estáticas. El dispositivo fue instrumentado con un Arduino, el cual no solo controla una celda de carga y un motor paso a paso, sino que también se encarga de establecer la comunicación con una interfaz de usuario amigable programada en Python. Permitiendo así el envío de los datos de medición desde el Arduino hacia la interfaz instalada en una computadora. Dicha interfaz además de permitir controlar el dispositivo, también se encarga de procesar los datos y generar cálculos a partir de ellos. Una vez terminado el dispositivo se realizó la calibración empleando masas de calibración y se midió la respuesta mecánica de cartílago de pollo proveniente de la cabeza femoral y se analizó el comportamiento de este material. Finalmente, basado en los resultados de la primera medición de cartílago, se realizaron nuevas mediciones de dos muestras de cartílago de pollo extraídas de la cabeza femoral de dos pollos diferentes. Se analizaron los resultados y se realizaron algunos cálculos como la energía disipada (Trabajo de deformación terminado), energía recuperada (Trabajo recuperable) y resiliencia. Adicionalmente, debido a que el comportamiento del cartílago de pollo no es lineal, no sigue la Ley de Hooke, se aplicó el modelo para materiales hiperelástico de Mooney-Rivlin para calcular el Módulo de Young.
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