Opis wybranych przedmiotów specjalności Biomechanika inżynierska

Semestr 1

Zarys anatomii i fizjologii (ZANAT)

Podczas kursu tego przedmiotu przedstawione są elementy anatomii człowieka dla inżynierów specjalizujących się w projektowaniu, produkcji i obsłudze urządzeń biomedycznych.

Biomateriały (BBIOM)

W trakcie trwania kursu student zapozna się z poszczególnymi grupami współczesnych materiałów inżynierskich stosowanych w medycynie i ich bezpośrednim wpływie na organizm ludzki. Otrzyma również niezbędną wiedzę z zakresu doboru biomateriałów spełniających określone wymagania pod względem medycznym i technicznym. Nowoczesne materiały konstrukcyjne, ciągły rozwój technik ich pozyskiwania stwarza ogromne pole dla medycyny, zarówno w diagnostyce jak i terapii. Celem kursu jest nabycie przez studenta wiedzy z zakresu biomateriałów, zarówno tych, które od lat stosowane są z powodzeniem w medycynie oraz takich, które przeżywają swój renesans z uwagi na ciągły rozwój nowych technologii i dodatków. Istotą kursu jest wskazanie drogi rozwoju nowoczesnych materiałów, z uwzględnieniem materiałów nowej generacji typu „smart” i bardzo modnego w ostatnich latach biodruku.

Semestr 2

Podstawy teorii drgań (POTDR)

Drgania różnej natury są nieodłącznym elementem naszego życia, począwszy od drgań atomów w materii, poprzez różnego rodzaju fale po drgania mechaniczne konstrukcji i maszyn, które nieraz mogą albo prowadzić do nieprawidłowej pracy, nadmiernego zużycia czy nawet zniszczenia urządzenia, albo też są świadomie wykorzystywane w wielu sytuacjach. Jednym z ważnych problemów są efekty oddziaływania różnych drgań takich jak mechaniczne w tym akustyczne, zmienne pola elektromagnetyczne, termiczne, światło czy grawitacyjne na żywy organizm. W ramach wykładu przedstawione są podstawowe elementy teorii i analizy drgań układów dyskretnych i ciągłych, tłumienia drgań oraz ich efektów, a w ramach laboratorium uczestnicy poznają eksperymentalne metody badawcze z naciskiem na praktyczne zastosowania jak na przykład identyfikacja lokalnych uszkodzeń konstrukcji czy projektowanie optymalnego amortyzatora.

Podstawy teoretyczne MES (PTMES)

Metoda Elementów Skończonych (MES) jest aktualnie jednym z najważniejszych narzędzi stosowanych przez inżynierów różnych specjalności. Jednak poza umiejętnością obsługi programów komputerowych służących do analizy tą metodą konieczna jest podstawowa wiedza teoretyczna o podstawach MES aby świadomie korzystać z dostępnego oprogramowania oraz prawidłowo interpretować uzyskane wyniki. Podczas wykładu omówione są zasadnicze elementy programu do analizy tą metodą oraz niezbędne do tego podstawy matematyczne i fizyczne. W ramach laboratorium uczestnicy piszą z pomocą wykładowcy własne, proste programy służące do analizy wytrzymałościowej elementów konstrukcji.

Mechanika ośrodków ciągłych (MEOCI)

Mechanika ośrodków ciągłych jest jedną z podstawowych dziedzin wiedzy, którą każdy inżynier mechanik powinien znać. Elementarna wiedza w tym obszarze zapewnia podstawy do rozumienia mechanicznych własności elementów konstrukcji i maszyn, ich wzajemnych oddziaływań i reakcji na zewnętrzne siły, pola termiczne, grawitacyjne i inne. Stanowi ona również bazę do rozumienia efektów biomechanicznych w żywych organizmach. Jest ona też niezbędnym elementem do zrozumienia i świadomego stosowania metody elementów skończonych. W ramach kursu omówione są teoretyczne podstawy mechaniki wybranych ośrodków sprężystych i niesprężystych ilustrowane prostymi przykładami głównie z obszaru wytrzymałości materiałów i dynamiki elementów konstrukcji.

Parametryczne projektowanie w systemach CAD (PARSW)

Znajomość systemów komputerowego wspomagania projektowania CAD jest obecnie jedną z niezbędnych umiejętności inżyniera mechanika w wielu dziedzinach jego działalności zawodowej. Przy coraz powszechniejszej znajomości tych systemów wśród inżynierów i rosnącej rywalizacji biegła znajomość profesjonalnych systemów CAD to cenny atut na rynku pracy. W trakcie zajęć w laboratorium komputerowym studenci wykonują szereg ćwiczeń, których celem jest wyrobienie praktycznych umiejętności stosowania zaawansowanych systemów CAD do rozwiązywania problemów inżynierskich związanych z projektowaniem konstrukcji maszyn i jej zapisem. Zakres zajęć obejmuje trójwymiarowe, parametryczne modelowanie części maszyn, tworzenie zespołów, wykonywanie dokumentacji technicznej oraz podstawy analizy inżynierskiej. Zwraca się także uwagę na potrzebę krytycznej oceny otrzymywanych wyników analiz komputerowych.

Certyfikacja wyrobów biomedycznych (BCERT)

To przedmiot, w trakcie którego student nabędzie umiejętności poruszania się w skomplikowanym świecie aktów prawnych i regulacji unijnych dotyczących wytworzenia, wprowadzenia na rynek, a potem obrotu wyrobami biomedycznymi. Okazuje się, że zaprojektowanie wyrobu medycznego, a potem jego wytworzenie jest najprostszym i zdecydowanie najprzyjemniejszym dla inżyniera etapem związanym z „życiem” danego wyrobu na rynku. Przedmiot, jakim jest Certyfikacja wyrobów biomedycznych pozwala zapoznać się z rynkową klasyfikacją wyrobów, regulacjami, jakie należy spełniać, aby wyrób mógł pojawić się w obrocie oraz bezpieczeństwem samego wyrobu, kontrolą jakości i analizą ryzyka, która ciąży na wytwórcy danego produktu. Mając wiedzę z tego zakresu, uporządkowane informacje dotyczące skomplikowanych zapisów prawnych, umiejętność zgromadzenia odpowiednich dokumentów, dużo łatwiej być dobrym wytwórcą i z powodzeniem utrzymać się na trudnym rynku, zarówno polskim jak i zagranicznym.

Techniki obrazowania medycznego (BTOBR)

Obrazowanie medyczne jest często nazywane „podróżą w głąb ludzkiego ciała”.  Jest to pod wieloma względami podróż fascynująca: pozwala uwidocznić to, co w normalnych warunkach jest niewidoczne dla oka, bez czynienia szkody dla zdrowia ludzkiego (przy przestrzeganiu przyjętych, ściśle normowanych reguł postępowania). Niezwykle istotną cechą obrazowania jest jego niepodważalna użyteczność w diagnostyce chorób, monitorowaniu leczenia, wspomaganiu wykonywanie pewnych zabiegów medycznych z użyciem systemów wizyjnych. Wykład przybliża współczesne techniki obrazowania: rentgenowską tomografię komputerową, tomografię rezonansu magnetycznego, emisyjne (izotopowe) metody obrazowania, ultrasonografię i inne. Omawiane są m.in. zjawiska fizyczne będące podstawą różnych technik obrazowania, matematyczne podstawy rekonstrukcji obrazu, stosowane algorytmy, zalety i ograniczenia poszczególnych technik, zakres ich stosowania, budowa urządzeń do akwizycji danych i tworzenia obrazów, standardy zapisu i algorytmy wizualizacji danych medycznych.

Semestr 3

Biomechanika tkanek (BTKAN)

Tkanki są materiałami żywymi, które zmieniają swe własności fizyczne i biologiczne w inteligentny sposób pod wpływem różnych czynników i sygnałów. Z inżynierskiego punktu widzenia są to materiały, w których efekty sprzężone takie jak oddziaływanie pomiędzy odkszałcalnym porowatym ciałem stałym i płynem, termosprężystość, piezoelektryczność, dysypacja energii i inne odgrywają nieraz kluczową rolę. Wykład daje podstawową wiedzę inżynierowi pracującemu przy projektowaniu, obsłudze czy naprawie różnych wyrobów biomedycznych niezbędną do rozumienia zjawisk i procesów biomechanicznych w żywym organizmie oraz do ich opisu i analizy.

Wprowadzenie do biofizyki (BBIOF)

Celem przedmiotu jest zapoznanie studentów z wybranymi zagadnieniami biofizycznymi związanymi z organizmem ludzkim, występującymi na poziomie narządów, tkanek i komórek oraz umożliwienie studentom zrozumienia aspektów i czynników fizycznych wpływających na człowieka. Na każdym etapie kształcenia, szczególnie kształcenia inżyniera/konstruktora/naukowca specjalizującego się w dziedzinach technicznych przedmiot fizyka pojawia się nieustannie, w różnym wydaniu. To właśnie jest podstawą przedmiotu Wprowadzenie do biofizyki. Większość poznanych wcześniej aspektów, praw i zjawisk można bezpośrednio przełożyć na żywe organizmy, a studenci z zapałem mogą na nowo odkrywać od lat znane teorie. Nabycie przez studentów umiejętności modelowania zjawisk fizycznych w odniesieniu do materii ożywionej, również na poziomie komórkowym pozwala zrozumieć jak pięknym, a jednocześnie jak bardzo skomplikowanym wytworem natury jest człowiek.

Dynamika układów wieloczłonowych (DYNCZ)

Studenci nauczą się sposobu obliczania prędkości i przyspieszeń poszczególnych członów manipulatorów. W ramach laboratorium studenci poznają moduł SimScape Matlab służący do symulacji ruchu układów wieloczłonowych.

Metody numeryczne i doświadczalne (BNUMD)

Studenci poznają podstawowe algorytmy numeryczne potrzebne do rozwiązywania problemów matematycznych typu całkowanie, rozwiązywanie układów równań czy metoda najmniejszych kwadratów. Nabędą także umiejętności samodzielnego napisania programu komputerowego wykorzystującego ww. algorytmy lub wykorzystanie istniejących algorytmów do własnych celów. Studenci poznają także metody eksperymentalne potrzebne do określenia własności wytrzymałościowych takich struktur jak: kość, mięśnie, więzadła, ścięgno, chrząstka.

Projektowanie w bioinżynierii (BPROJ)

Inżynieria biomedyczna to dyscyplina obejmująca swym zasięgiem wszelkie aspekty technicznego wsparcia medycyny. Istotnym elementem tej działalności jest projektowanie i wytwarzanie nowych wyrobów o bardzo szerokim spektrum: od najprostszych do bardzo technologicznie zaawansowanych, np. tomografy, roboty medyczne (i inna aparatura medyczna), sztuczne serce, czy „bioniczna” ręka. Projektowanie dotyczyć może także wytworów niematerialnych, jak np. algorytmy komputerowe stosowane w urządzeniach do diagnostyki i leczenia. Konstrukcja i wytworzenie nowych konkurencyjnych wyrobów medycznych o podwyższonych cechach użytkowych w wielu przypadkach wymaga zastosowania najnowocześniejszych osiągnięć z różnych dziedzin wiedzy, w tym biologii, medycyny, techniki i technologii. Związek projektowania w inżynierii biomedycznej z medycyną sprawia, że nabiera ono wielu wyjątkowych cech, omawianych w części wykładowej przedmiotu. W ramach laboratorium studenci wykonują projekty wybranych urządzeń medycznych.

Semestr 4

Elementy projektowania systemów akwizycji danych i sterowania (BAKWD)

W dobie gdy elektronika stała się nieodłącznym atrybutem naszego życia, podstawowa umiejętność programowania mikrokontrolerów, czyli jednoukładowych mikrokomputerów, do zbierania i analizy różnych sygnałów oraz sterowania urządzeń zewnętrznych staje się nieodzowną koniecznością dla każdego inżyniera, a szczególnie tych pracujących w obszarze inżynierii biomedycznej gdzie stosowane są często zaawansowane technologie. Uczestnicy kursu poznają na przykładzie Arduino podstawowe zasady działania mikrokontrolerów i ich programowania w języku C/C++, a w ramach laboratorium każdy ze studentów dostaje zestaw składający się z Arduino, różnych czujników i elementów wykonawczych i realizuje praktyczny, własny, wymyślony przez siebie lub podpowiedziany przez wykładowcę projekt.

Metody optymalizacji konstrukcji (BOPTK)

W dzisiejszych czasach, gdy konkurencja na rynku jest bardzo duża powstają coraz bardziej zaawansowane i doskonalsze konstrukcje. Muszą one nie tylko spełniać swe funkcje ale być lepsze od innych. Teoria optymalizacji ma swoje korzenie w ekonomii i zarządzaniu jednak od dawna stała się też jednym z podstawowych narzędzi używanych przez inżynierów przy projektowaniu. Dostarcza ona analityczne i komputerowe metody takiego doboru parametrów czy funkcji projektowych aby wybrana cecha konstrukcji jak na przykład, ciężar, wytrzymałość, trwałość, koszt czy niezawodność była jak najlepsza. W ramach kursu słuchacze zapoznają się z podstawowymi metodami optymalizacji stosowanymi współcześnie przy projektowaniu konstrukcji i w innych dziedzinach życia.

Biotrybologia (BTRIB)

W trakcie kursu tego przedmiotu studenci poznają procesy tarcia, zużywania i smarowania zachodzące w stawach ludzkich naturalnych i implantowanych. Zaznajomią się także z modelami tarcia i zużycia, rodzajami i przyczynami zniszczeń implantów, a także ze sposobami podwyższania trwałości implantowanych stawów. Dowiedzą się też w jaki sposób tarcie wykorzystywane jest przez organizmy żywe oraz jak człowiek, na podstawie naturalnych kładów trybologicznych, próbuje optymalizować swoje wyroby (kostiumy do pływania, samoczyszczące się materiały, taśm samoprzylepne).