تصمم المعوضات العصبية لاستعادة الوظائف الحركية المفقودة لدى مرضى شلل الأطراف السفلية بالاعتماد على الإثارة الكهربائية الوظيفية. إِذ تحدد متحكمات المعوضات العصبية العلاقة بين نبضات الإثارة المطبقة و زوايا المفاصل من أجل توليد أنماط الإثارة المناسبة لل
حركات المطلوبة. و يحتاج تطوير المتحكمات الذكية إلى بناء نموذج عكسي باستخدام مجموعة بيانات التدريب المؤلفة من دخل (نبضات الإثارة) و خرج (زوايا المفاصل) التي يتم الحصول عليها بأساليب تجريبية.
بسبب كثرة التجارب المزعجة للمريض و الحاجة لتكرارها خلال مراحل تصميم المتحكمات، يستخدم هذا البحث النمذجة و المحاكاة
لتوليد مجموعة بيانات دخل (نبضات الإثارة)/خرج (زوايا المفاصل) من خلال: تطوير نموذج لجسم الإنسان، و محاكاة تجارب تطبيق الإثارة الكهربائية لمجموعة عضلات مربعة الرؤوس الفخذية الباسطة للركبة خلال تأرجح الساق.
ربطت الدراسة بين ثلاثة برامج لتطوير نموذج جسم الإنسان: برنامج Visual Nastran 4D لبناء نموذج أجزاء الجسم وبرنامج Virtual Muscle 4.0.1 لنمذجة العضلات الباسطة للركبة، و مكتبة Simulink لتمثيل خصائص المفصل غير الفعالة، ثم استخدم النموذج في محاكاة تعيين مجموعة البيانات من خلال تطبيق إشارات جيبية و عشوائية لإثارة العضلات الباسطة للركبة.
يلائم النموذج المطور مختلف مستخدمي المعوضات العصبية، بسبب استخدامه لبرامج ذات واجهات مستخدم رسومية تسمح بتعديل بارامترات جسم الإنسان و العضلات بسهولة، مما يجعله نموذجاً عاماً، يستخدم في تطوير المتحكمات لاستعادة الحركات المفقودة مثل النهوض، و المشي، و القفز و غيرها....و لأن نتائج المحاكاة تشابه نتائج التجارب العملية، يقلل استخدام النموذج المطور عدد التجارب المنفذة على المرضى خلال عملية تصميم متحكمات المعوضات العصبية.
في هذا البحث درِست ثلاثة نماذج للعضلات الهيكلية، و كان أول نموذج هو نموذج
Ferrarin للعضلة و هو عبارة عن تابع تحويل بين الإثارة الكهربائية و عزم الركبة. في حين يعتمد تصميم النموذجين الآخرين (نموذج Riener و نموذج Virtual Muscle )
على فيزيولوجية العض
لة الهيكلية، أُجرِيت نمذجة عضلة Riener باستخدام برنامج Matlab/Simulink , بينما بني نموذج ال virtual muscle باستخدام برنامج Virtual Muscle 4.0.1. أجريت نمذجة العضلة رباعية الرؤوس الباسطة للركبة باستخدام النماذج الثلاثة، و اختبرت هذه النماذج من حيث الاستجابة للإثارة الكهربائية، و من ثم صممت استراتيجية للتحكم تعتمد على المنطق العائم تهدف إلى التحكم بسرعة دوران مسنن الدراجة. وظِّفَ كل نموذج للعضلة على حدة في عملية التحكم المصممة و نُوقِش و قُيم أداء النماذج الثلاثة خلال
عملية التحكم، و تبين أن نوع نموذج العضلة يؤثر في أداء التحكم.