بیومکاترونیک یک علم میان رشته ای کاربردی است که هدف آن ادغام زیست شناسی و مکاترونیک (مهندسی برق، الکترونیک و مکانیک) است. همچنین حوزه های رباتیک و علوم اعصاب را در بر می گیرد. دستگاه های بیومکاترونیک طیف وسیعی از کاربردها از توسعه اندام های مصنوعی گرفته تا راه حل های مهندسی مربوط به تنفس، بینایی و سیستم قلبی عروقی را در بر می گیرند.
زمینه بیومکاترونیک مبتنی بر درک بدن انسان به عنوان یک سیستم است، یک سیستم پویا، ساخته شده از سیستم های مختلف که به هم مرتبط هستند و با هم کار می کنند تا به طور کامل و هماهنگ عمل کنند. به طور خاص، سیستم حرکتی انسان از سیستم‌های مکانیک، محرک، حسگر و کنترل ساخته شده است که همه با هم کار می‌کنند.
بیومکاترونیک فناوری است که ترکیبی از بیولوژی، مهندسی مکانیک، الکترونیک و مکانیک به منظور تحقیق و طراحی ابزارهای درمانی، کمکی و تشخیصی است که به طور بالقوه می توانند برای جبران و در نهایت جایگزین عملکردهای فیزیولوژیکی انسان مورد استفاده قرار گیرند. این فناوری بر تعامل بین فیزیولوژی انسان و دستگاه‌ها یا سیستم‌های الکترومکانیکی برای تقلید از بدن انسان تمرکز دارد، بنابراین حوزه‌هایی مانند علوم اعصاب و رباتیک را در بر می‌گیرد.
این فناوری امکانات بی‌پایانی را به ارمغان آورده است، زیرا دستگاه‌های بیومکاترونیک قادر به جایگزینی عملکرد اندام‌های انسان هستند. ضربان سازها و دفیبریلاتورها نمونه های اولیه در نظر گرفته می شوند.
بیومکاترونیک به شدت به ارتباط با بدن انسان برای ارتباط با عضلات و اعصاب وابسته است. رابط به کاربر اجازه می دهد اطلاعاتی را از دستگاه ارسال یا دریافت کند و این امکان را برای یک حلقه بازخورد برای کنترل بهتر فراهم می کند. برای ایجاد رابط، یک حسگر مکانیکی اطلاعات دستگاه بیومکاترونیک را اندازه گیری می کند و پیام را به یک حسگر زیستی یا کنترل کننده منتقل می کند.
حسگرهای زیستی تشخیص می‌دهند که انسان قصد دارد چه حرکتی انجام دهد و اطلاعات را به کنترل‌کننده‌ای که در داخل یا خارج دستگاه بیومکاترونیک است، منتقل می‌کند. سپس کنترل کننده ها اطلاعات را تفسیر کرده و به یک محرک تحویل می دهند. علاوه بر ارائه اطلاعات دریافتی یا ارسالی، کنترل کننده ها مسئول حرکات دستگاه بیومکاترونیک هستند. در نهایت با دریافت دستورالعمل ها، محرک ها حرکت را تولید می کنند. محرک می تواند به کاربر کمک کند تا حرکت کند یا جایگزین واقعی عضله یا اندام اصلی کاربر باشد.
گروه بیومکاترونیک به دنبال پیشرفت فناوری‌هایی است که وعده تسریع ادغام بدن و ماشین را می‌دهند، از جمله معماری دستگاه‌هایی که شبیه طراحی اسکلتی عضلانی بدن، فناوری‌های محرکی هستند که مانند ماهیچه‌ها رفتار می‌کنند، و روش‌های کنترلی که از اصول حرکت بیولوژیکی استفاده می‌کنند.
برخی پژوهش ها بر مکانیسم‌های کنترل حسی-حرکتی، به ویژه با توجه به جفت شدن سطح سیستم بین مکانیک و فیزیولوژی عصبی تمرکز دارد. فرضیه اصلی ایده این است که رفتار پیچیده از تعامل یک موجود با محیط خود و در نتیجه فعالیت حسی-حرکتی پدید می آید. تعاملات میان طیف وسیعی از زیرسیستم ها باید برای دستیابی به این هدف تنظیم و تطبیق داده شود.
بیومکاترونیک بر طراحی وسایل کمکی (پروتز، ارتز، تحریک عصبی) برای تقویت کنترل عصبی عضلانی نیز تمرکز دارد. نقص در کنترل عصبی عضلانی با استفاده از روش های شناسایی سیستم و مدل سازی عصبی-عضلانی اسکلتی تشخیص داده می شود. دانش گسترده ای از کنترل عصبی عضلانی انسان برای بهینه سازی کنترل انسان و ماشین استفاده می شود.
به طور کلی بیومکاترونیک می توتند در زمینه های مختلف مفید باشد:
– میتوانند آلاتپ یشرفته ای را برای افراد دارای اختلال که شبیه کارکرد های بدن است فراهم کند.
– می تواند برای آماده سازی افراد دارای اختلالات کنترل بر حرکت هستند استفاده شود.(فیزیوتراپی)
– می تواند بدون نیاز به شخص دیگری برای هر فرد تنظیم شود.
– می توانند توانایی افراد طبیعی را بالا ببرند.
البته یکی از اشکالات اساسی بیو مکاترونیک احتمال ایجاد عفونت ( به دلیل کاشتن وسایل غیر زیستی در بدن)،درد و ناراحتی است. ولی وعده های این فناوری این امید را می دهد که عملکرد افراد دارای اختلال را بازگرداند وآنها را بهتر ،قویتر یا سریع تر از قبل نماید.
امکانات بیومکاترونیک بی پایان است و برخی از آنها ممکن است در مرز بین واقعیت و علمی تخیلی قرار گیرند، اما در اصل علمی است که می تواند کمک زیادی به بهبود کیفیت زندگی جامعه ما کند.
در اینجا برخی از امکاناتی که بیومکاترونیک می تواند ارائه دهد آورده شده است:
ضربان‌ساز پانکراس برای بیماران دیابتی: دستگاهی را تصور کنید که می‌تواند سطح قند خون شما را حس کند و سطح انسولین را متناسب با آن تنظیم کند.
یک محرک الکترونیکی عضلانی برای بازماندگان سکته و تصادف: افرادی که در تصادفات رانندگی هستند معمولاً به دلیل از دست دادن برخی عملکردهای عضلانی ناتوان می مانند. دستگاهی را تصور کنید که می تواند ماهیچه های آسیب دیده را تحریک کند و آن عضلات را بر اساس آنچه لازم است منقبض یا شل کند.
دوربین دیجیتالی که می تواند از نظر ذهنی کنترل شود تا افراد نابینا بتوانند نوعی حس بینایی داشته باشند.
یک میکروفون دیجیتالی که می تواند در افراد ناشنوا کاشته شود تا بتوانند دوباره یا برای اولین بار بشنوند.
اینها نمونه هایی هستند که بیومکاترونیک می تواند به ما کمک کند. زمینه های کاربردی بسیار دیگری نیز وجود دارند.