Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Artificial intelligence in the design and production of personalized 3D printed products - conclusions from the project “Things are for People”

Mikołajewski Dariusz, Rojek Izabela, Kaczmarek Mariusz, Kotlarz Piotr, Kempiński Marcin, Szczepański Zbigniew, Kopowski Jakub, Nowak Joanna, Macko Marek, Szczepańczyk Andrzej, Schmidt Tomasz, Leszczyński Paweł

Mechanik

|

2023

|

R. 96, nr 4

6--11

EN

This article is a development of a paper presented at the International Conference “Intelligent Solutions for Industry - ISI 2022”, under the media patronage of the “Mechanik” journal, which is a platform for the exchange of knowledge, review and discussion of theoretical advances, research results and industrial experience, between academics, researchers, policy makers, practitioners and students working on topics related to Industry 4.0 and Smart Manufacturing. Artificial intelligence (broader: computational intelligence) has been an area of intense research and industrial application for many years, but it continues to open up new areas of exploration and application for researchers, clinicians and industry practitioners. The development of the Industry 4.0 paradigm has further accelerated these processes. A particularly interesting field of application for artificial intelligence is medical devices produced by incremental technologies, popularly known as 3D printing. The cumulative potential of Industry 4.0, 3D printing (or indeed reverse engineering as a whole) and the latest developments in artificial intelligence could realise a breakthrough giving new design and manufacturing technologies in personalised mass production. The article shows selected possibilities in this area based on an overview of in-house solutions developed during the implementation of the NCBR grant “Things are for People” dedicated to a 3D printed arm exoskeleton.

PL

Artykuł jest rozwinięciem referatu wygłoszonego na Międzynarodowej Konferencji „Inteligentne Rozwiązania dla Przemysłu - ISI 2022”, która odbyła się pod patronatem medialnym czasopisma „Mechanik”, będącej platformą wymiany wiedzy, przeglądu i dyskusji na temat postępów teoretycznych, wyników badań i doświadczeń przemysłowych pomiędzy pracownikami naukowymi, badaczami, decydentami, praktykami i studentami zajmującymi się tematyką związaną z Przemysłem 4.0 i inteligentną produkcją. Sztuczna inteligencja (szerzej: inteligencja obliczeniowa) jest od wielu lat obszarem intensywnych badań i zastosowań przemysłowych, wciąż jednak otwiera przez naukowcami, klinicystami i praktykami z przemysłu nowe obszary zastosowań. Opracowanie paradygmatu Przemysłu 4.0 przyśpieszyło jeszcze te procesy. Ciekawym polem zastosowań sztucznej inteligencji są zwłaszcza wyroby medyczne produkowane technologiami przyrostowymi, popularnie nazywanymi drukiem trójwymiarowym. Skumulowany potencjał Przemysłu 4.0, druku 3D (czy wręcz całej inżynierii odwrotnej) oraz najnowszych osiągnięć sztucznej inteligencji może się przyczynić do przełomu, dostarczając nowe technologie projektowania i wytwarzania w personalizowanej produkcji masowej. W artykule zaprezentowano wybrane możliwości w tym obszarze na podstawie przeglądu rozwiązań własnych wypracowanych podczas realizacji grantu NCBR „Rzeczy są dla ludzi”, poświęconego drukowanemu 3D egzoszkieletowi na rękę.

2

Egzoszkielet na rękę - koncepcja i rozwój w ramach grantu "Rzeczy są dla ludzi"

Rojek Izabela, Kaczmarek Mariusz, Kotlarz Piotr, Kempiński Marcin, Mikołajewski Dariusz, Szczepański Zbigniew, Kopowski Jakub, Nowak Joanna, Macko Marek, Schmidt Tomasz, Leszczyński Paweł

Studia i Materiały Informatyki Stosowanej

|

2022

|

T. 14, nr 3

26--32

PL

Instytut Informatyki oraz Wydział Mechatroniki Uniwersytetu Kazimierza Wielkiego wraz z firmą Edurewolucje Sp. z o. o. z/s w Bydgoszczy w ramach konkursu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju "Rzeczy są dla ludzi" otrzymali dofinansowanie na realizację przedsięwzięcia pn. „Opracowanie funkcjonalnego egzoszkieletu ręki do aktywnego treningu i rehabilitacji”. Celem projektu jest realizacja prac badawczo-rozwojowych prowadzących do opracowania innowacyjnej technologii pozwalającej na samodzielną rehabilitację osób ze szczególnymi potrzebami (przy udziale rehabilitantów i fizjoterapeutów). Projekt przewiduje skonstruowanie prototypu mechanicznego robota rehabilitacyjnego tzw. egzoszkieletu ręki, który wspomoże proces rehabilitacji osób z jej niedowładem oraz innymi szczególnymi potrzebami dotyczącymi braku mobilności w obszarze ręki. W ramach projektu powstanie specjalistyczne, dedykowane oprogramowanie, które będzie dostosowywało siłę i rodzaj pracy egzoszkieletu na rękę do aktualnych potrzeb i celów programu rehabilitacyjnego pacjenta. Celem niniejszej pracy jest przybliżenie powstania i rozwoju ww. koncepcji w ramach zespołu projektowego podczas dotychczasowych prac projektowych.

EN

The Institute of Computer Science and the Faculty of Mechatronics at Kazimierz Wielki University, together with Edurewolucje Sp. z o. o. z/s in Bydgoszcz, received funding under the 'Things are for people' competition of the National Centre for Research and Development for the project entitled 'Development of a functional arm exoskeleton for active training and rehabilitation'. The aim of the project is to carry out research and development work leading to the development of an innovative technology allowing for the independent rehabilitation of people with special needs (with the participation of rehabilitators and physiotherapists). The project envisages the construction of a prototype of a mechanical rehabilitation robot, the so-called hand exoskeleton, which will support the process of rehabilitation of people with paresis and other specific needs regarding lack of mobility in the hand area. The project will develop specialised, dedicated software that will adapt the strength and type of work of the hand exoskeleton to the current needs and goals of the patient's rehabilitation programme. The aim of this paper is to provide an insight into the origins and development of the above concept within the project team during the project work to date.

3

Rozwój diagnostyki termicznej metodami detekcji podczerwieni i wdrożenie procedur nieinwazyjnej, ilościowej diagnostyki podczerwieni w monitoringu zabiegów kardiochirurgicznych, leczeniu ran oparzeniowych i pooperacyjnych

Kaczmarek Mariusz, Nowakowski Antoni

Przegląd Telekomunikacyjny + Wiadomości Telekomunikacyjne

|

2022

|

nr 3

70--74

PL

Celem naukowym prowadzonych prac był rozwój algorytmów i procedur diagnostyki termicznej drogą bezkontaktowych pomiarów termicznych w podczerwieni, w celu wdrożenia ich do obiektywnej, ilościowej, nieuraźnej i bezstresowej oceny stanu tkanki w wybranych aplikacjach diagnostyki medycznej. Opracowane metody zweryfikowano w następujących aplikacjach medycznych: w ocenie głębokości oparzeń, w ocenie stanu mięśnia sercowego w zabiegach pomostowania tętnic wieńcowych metodami klasycznymi, jak również małoinwazyjnymi oraz w innych zabiegach na otwartym sercu; w ocenie stanu i postępów gojenia się ran pooperacyjnych, w tym po interwencjach kardiochirurgicznych. Prace badawcze wykazały, że metody termiczne (aktywna termografia dynamiczna) mają doskonałe właściwości różnicowania tkanek, porównywalne z jakością referencyjnej metody, jaką są badania histopatologiczne. Metody termiczne są całkowicie nieinwazyjne oraz umożliwiają szybki, obiektywny i rozległy przestrzennie pomiar oraz klasyfikację rany, a także właściwą ilościową dokumentację przebiegu leczenia. Takie badanie można wielokrotnie powtarzać bez szkody dla pacjenta oraz personelu. Metodę zweryfikowano klinicznie w Gdańskim Uniwersytecie Medycznym, w klinikach: Chirurgii Plastycznej, Chirurgii Onkologicznej, Kardiochirurgii i Chirurgii Naczyniowej oraz w Zachodniopomorskim Centrum Leczenia Ciężkich Oparzeń i Chirurgii Plastycznej w Gryficach. Rezultatem prac jest opracowanie, optymalizacja i implementacja prototypowej aparatury i oprogramowania nadającego się do wdrożenia produkcyjnego i aplikacji w warunkach klinicznych.

EN

The scientific goal of the research was to develop algorithms and procedures for thermal diagnostics through non-contact infrared thermal measurements in order to implement them in objective, quantitative, non-infectious and stress-free tissue condition assessment in selected medical diagnostic applications. The developed methods were verified in the following medical applications: in assessing the depth of burns, in assessing the condition of the heart muscle in coronary artery bypass surgery with classical methods as well as in minimally invasive and other open-heart procedures; in the assessment of the condition and progress of postoperative wound healing, including cardiac surgery interventions. Research work has shown that thermal methods (Active Dynamic Thermography) have excellent properties of tissue differentiation, comparable to the quality of the reference method, i.e. histopathological examinations. Thermal methods are completely non-invasive and allow for quick, objective and spatially extensive measurement and classification of wounds, as well as proper quantitative documentation of the treatment course. Such examination can be repeated many times without harm to the patient and staff. The method was clinically verified at the Medical University of Gdańsk, in the following clinics: Plastic Surgery, Oncological Surgery, Cardiac Surgery and Vascular Surgery, and in the West Pomeranian Center for the Treatment of Severe Burns and Plastic Surgery in Gryfice. The result of the work is the development, optimization and implementation of a prototype apparatus and software suitable for production implementation and applications in clinical conditions.

4

Microprocessor-based air plethysmograph for the examination of compressed tissue of limbs

Fąs Tomasz, Kaczmarek Mariusz

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2022

|

Vol. 24, no. 3

41--48

EN

The aim of the article is to propose a simple microprocessor-based air plethysmograph that uses a measurement of changes in air pressure in a closed cuff to determine the changes in the volume of the compressed limb. Methods: The microprocessor-controlled measurement system applied pressure to the object (ultimately the limb) by pumping air into the cuff surrounding the object. Changes in pressure and air temperature in the cuff over time were recorded. The results supplemented with the calibration procedure made it possible to determine the changes in the volume of the object. Results: Measurement-independent calibration and temperature correction of pressure changes in the system proved to be necessary components of the measurement procedure for volume changes. When comparing the device test results with the actual changes observed with the limb model, there was a discrepancy between 0.2 and 0.7 percent of the total volume under the cuff. Conclusions: Studies have shown that the proposed air plethysmograph is useful for assessing the changes in the volume of the limb model within the range that are expected in the diagnosis of lymphedema. The solution is a cheaper and less complicated alternative than most of the available methods of measuring changes in the volume of edema tissue under controlled pressure.

5

Estimation of hydromechanical parameters of limb lymphedematous tissue with the use of chamber tests

Kaczmarek Mariusz, Nowak Joanna, Olszewski Waldemar, Zaleska Marzanna

Acta of Bioengineering and Biomechanics

|

2021

|

Vol. 23, no. 1

149--161

EN

Purpose: In this paper, in vivo methods of estimation of the shear modulus and hydraulic permeability of subcutaneous tissue of lower limb are presented. Methods: The experimental technique is based on single- or two-chamber inflation-deflation tests in which temporal changes in limb circumference under the test chamber for cyclic loading are registered. Simplified models for fast undrained deformation and slow creep of oedematous tissue with squeezing out interstitial liquid were considered. Finite element simulations of the chamber test within a finite deformation poroelastic model were elaborated. Results: Formulas necessary to estimate the shear modulus and permeability of subcutaneous tissue were derived and then tested or calibrated using the results of poroelastic simulations. An example of application of the derived formulas for clinical data obtained from the chamber test was discussed. Conclusions: A simple in vivo methods of estimation of the hydromechanical properties of lymphedematous tissue (shear modulus and permeability) were proposed. The strengths and weaknesses of the proposed methodology were discussed.

6

Effect of NaCl and KCl solutions on deformation of PVA hydrogel – chemo-mechanical coupling

Kazimierska-Drobny Katarzyna, Kaczmarek Mariusz

Polimery

|

2020

|

T. 65, nr 1

44--50

EN

This paper provides results of studies of chemically induced deformation of PVA [poly(vinyl alcohol)] hydrogels due to interaction with diffusing NaCl and KCl solutions. The experimental studies were carried out in the specially modified reservoir system, where simultaneously registration the changes in the reservoir salt concentration and the deformation under chemical load were applied. The linear model is used to determine the chemo-mechanical coupling parameter. The results showed that PVA hydrogels deform in the presence of salts in pore fluid and the higher the salt concentration the greater deformation is observed.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań chemicznie indukowanej deformacji w hydrożelach poli(alkoholu winylowego) (PVA) pod wpływem oddziaływania z dyfundującymi roztworami NaCl i KCl. Badania obejmowały specjalnie zmodyfikowany test zbiornikowy, w trakcie którego rejestrowano jednocześnie zmiany stężenia soli w zbiorniku i deformację pod obciążeniem chemicznym. Do wyznaczenia parametrów sprzężenia chemiczno-mechanicznego zastosowano liniowy model chemo-deformacji. Stwierdzono, że hydrożele PVA deformują się w obecności soli w płynie porowym, w stopniu zależnym od stężenia soli.

7

Thermal sequences database of the skin flaps in breast reconstruction and burns

Moderhak Mateusz, Kaczmarek Mariusz

Measurement Automation Monitoring

|

2019

|

Vol. 65, No. 1

26--29

EN

This paper presents a database of Active Dynamic Thermography (ADT) thermal sequences gathered throughout 6 year study on ADT application in skin flap blood perfusion monitoring and burn wounds diagnosis. For skin flap monitoring the database comprises of data collected during three different breast reconstruction procedures. The patients were monitored pre, intra and post surgically within 90 days period. The sequences were used in skin flap parametric imaging aimed at reducing complications and improving flap perfusion. For burns investigation patients were monitored following an accident, at the 3-rd day and 21 days after.

8

Laboratory investigations of diclofenac migration in saturated porous media - a case study

Okońska Monika, Marciniak Marek, Zembrzuska Joanna, Kaczmarek Mariusz

Geologos

|

2019

|

Vol. 25, No. 3

213--223

EN

At present, concentrations of pharmaceuticals in surface and ground waters are low; however, even low concentrations of certain substances may prove very harmful. One of such pharmaceutical drugs is diclofenac, a popular non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID). For this reason, it is important to determine its mobility in groundwater and to estimate parameters of migration. Authors conducted column tests for two porous media: an artificial one, consisting of glass granules, and a natural one, i.e., sandur sand obtained from a site north of the city of Poznań (Poland). During the test, impulse breakthrough curves of chloride ions and diclofenac were recorded. The results were used to identify a specific sorption model and to determine values of migration parameters. Solutions of the inverse problem using optimisation methods and of equations of mathematical migration models were carried out in a MATLAB environment. Based on test results, the mobility of diclofenac is shown to be very high and comparable to that of chloride ions. The tests also revealed a slight and irreversible sorption of diclofenac on grains of both porous media.

9

Badania modelowe uwarunkowań fluidyzacji strefy hyporeicznej

Marciniak Marek, Matusiak Magdalena, Szczucińska Anna, Kaczmarek Mariusz

Biuletyn Państwowego Instytutu Geologicznego

|

2019

|

nr 476, Hydrogeologia z. 17

79--85

PL

Strefa hyporeiczna jest obszarem współdziałania wód powierzchniowych i podziemnych. Warunki w jakich funkcjonuje ta strefa mają ważne znacznie dla organizmów roślinnych i zwierzęcych tam bytujących, ale także dla wymiany wód, ich składu chemicznego oraz reakcji zlewni na opady. W warunkach drenażu wód podziemnych przez wody powierzchniowe może dochodzić do fluidyzacji, czyli upłynnienia osadów dennych budujących strefę hyporeiczną. Zjawisko fluidyzacji zachodzi po przekroczeniu przez gradient hydrauliczny wartości jeden. Korzystając z tego warunku przeprowadzono badania symulacyjne funkcjonowania doliny rzecznej w zależności od wielu parametrów morfologicznych, hydrologicznych czy też hydrogeologicznych. Uwzględniono różnicę poziomu wody między warstwą wodonośną a rzeką, szerokość rzeki, współczynnik filtracji i anizotropię warstwy wodonośnej oraz przepuszczalność pionową strefy hyporeicznej. Realnie występujący zakres zmienności poszczególnych parametrów podzielono na podzakresy wartości niskich, średnich i wysokich. Metodą symulacji komputerowych, za pomocą oprogramowania Visual MODFLOW, poszukiwano takich warunków funkcjonowania doliny rzecznej, dla których może wystąpić zjawisko fluidyzacji. Stwierdzono, że fluidyzacja strefy hyporeicznej zależy proporcjonalnie od różnicy między zwierciadłem wód powierzchniowych i podziemnych. Wykazano, że większej skłonności do fluidyzacji można oczekiwać, gdy warstwa wodonośna ma wysoką przepuszczalność hydrauliczną, strefa hyporeiczna cechuje się niską przepuszczalnością pionową, a szerokość cieku jest niewielka.

EN

The hyporheic zone is a contact zone of surface and subsurface waters. One of the specific processes occurring in this zone is hyporheic zone sediment fluidization. The aim of the present study is to define the hydrogeological conditions in a river valley for which the fluidization of the hyporheic zone sediments may occur. The following factors were tested: the difference between the groundwater table and the river water surface, width of the river channel, hydraulic conductivity, and anisotropy of the aquifer sediments, as well as the vertical permeability of the hyporheic zone. The modelling experiments were carried out using the Visual MODFLOW program. The simulations were conducted on three river widths: 3, 6 and 9 m. It was found that the occurrence of fluidization of the hyporheic zone is favoured mainly by the difference between surface water and groundwater table elevation, in the order of 30 m, and the strong anisotropy of aquifers. The likelihood of fluidization occurrence depends on the value of vertical hydraulic conductivity and increases when the hydraulic gradient exceeds 1. The smaller the width of the river, the more favourable conditions for fluidization to occur. It was found that the fluidization of the hyporheic zone depends proportionally on the difference between the surface and ground water table. It has been shown that greater tendency to fluidization can be expected when the aquifer has a high hydraulic conductivity, the hyporheic zone is characterized by low vertical permeability, and the width of the river is small.

10

Numeryczna symulacja testu zbiornikowego i kolumnowego. Analiza wrażliwości modeli

Kaczmarek Mariusz, Kazimierska-Drobny Katarzyna

Geologos

|

2006

|

Vol. 10

107--120

EN

This paper presents results of simulations and sensitivity analysis of transport in porous materials studied in configurations corresponding to the two classical methods of identification of transport parameters: column and reservoir tests. The relative importance of change of values of input (constitutive) parameters for quantities that are measured in time for the two test is analised. The results show that there are significant correlations between retardation factor and partition coefficient in the reservoir test and also between all transport parameters in column tests.