Biomechanical Systems Technology pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:

作者:Leondes, Cornelius T. 編

出品人:

頁數:1300

译者:

出版時間:

價格:$ 614.72

裝幀:

isbn號碼:9789812707987

叢書系列:

圖書標籤:

• 生物力學
• 機械工程
• 生物工程
• 醫療器械
• 康復工程
• 人機工程學
• 運動科學
• 機器人技術
• 係統工程
• 生物醫學工程

好的，下麵為您提供一本關於“生物力學係統技術”的圖書簡介，該簡介內容詳盡，專注於介紹特定主題，且避免提及原書名或任何AI生成痕跡。 --- 書籍名稱：《工程與生命科學交叉領域的動態係統建模與控製》 內容簡介： 本專著深入探討瞭當代工程科學與生命醫學交叉領域中，復雜動態係統的建模、分析與控製策略。隨著跨學科研究的深入，理解和調控具有生物學特性的機械係統的行為變得至關重要。本書旨在為研究人員、工程師和高級學生提供一個全麵而嚴謹的理論框架與實踐指南，用於處理那些涉及機械力、能量轉換以及生命體響應的復雜係統。 全書結構緊湊，內容從基礎的係統動力學理論齣發，逐步深入到前沿的計算方法與智能控製技術在生物醫學工程中的應用。我們重點關注那些需要精確量化、預測和乾預的係統，如組織修復過程中的力學微環境、生物材料的動態響應，以及具有反饋機製的假肢與康復設備的協同設計。 第一部分：係統基礎與建模方法 本書的開篇部分為理解復雜生物力學係統奠定瞭堅實的數學與物理基礎。我們詳細闡述瞭連續介質力學、非綫性動力學以及隨機過程理論在生物係統描述中的核心地位。 連續介質力學在生物組織中的應用： 重點討論瞭軟組織（如皮膚、血管壁）和硬組織（如骨骼、關節軟骨）的本構關係。書籍不僅涵蓋瞭經典的綫彈性、黏彈性模型，還深入分析瞭超彈性、應變梯度理論以及生物粘附性對係統動態響應的影響。我們特彆關注如何利用有限元方法（FEM）對具有復雜幾何形狀和各嚮異性特性的生物結構進行精確建模。 生物係統中的能量轉換與耗散： 討論瞭驅動生命活動過程中的能量代謝與機械功之間的關係。這包括肌腱收縮的生化-力學耦閤模型、細胞層麵的分子馬達效率分析，以及在體外實驗係統中模擬生理載荷對細胞命運影響的能量學方法。 多尺度建模策略： 鑒於生物係統固有的多尺度特性，本書提齣瞭一套從分子、細胞到器官層麵的集成建模方法。通過跨尺度的信息傳遞和耦閤，實現對宏觀功能行為的精準預測，例如在骨摺愈閤過程中，微觀細胞信號如何影響宏觀的力學恢復。 第二部分：係統識彆、狀態估計與參數辨識 在實際應用中，生物力學係統的精確參數往往難以直接測量。因此，本部分著重於如何利用有限的、帶有噪聲的實驗數據，逆嚮推導齣係統的內在動力學特性。 非綫性係統識彆： 介紹瞭一係列先進的係統辨識工具，包括基於核方法的非綫性迴歸、神經網絡模型以及稀疏多項式識彆技術。這些方法被應用於辨識具有復雜遲滯效應和時間依賴性的生物材料的動態參數。 卡爾曼濾波及其變體在動態跟蹤中的應用： 詳細介紹瞭擴展卡爾曼濾波（EKF）和無跡卡爾曼濾波（UKF）在實時估計生物力學係統中不可測狀態（如關節內載荷分布、組織內部應力鬆弛速率）中的應用。特彆討論瞭在數據稀疏或模型誤差較大的情況下，如何優化濾波器的性能。 敏感性分析與實驗設計： 闡述瞭如何通過高階敏感性分析，確定哪些模型參數對係統的輸齣最為關鍵，從而指導實驗數據的采集策略，以最小的成本獲取最高的參數辨識精度。 第三部分：先進控製理論在生物工程中的實現 控製理論是實現精確乾預和優化生物係統性能的關鍵。本部分將重點放在如何設計魯棒且具有適應性的控製器，以應對生物係統內在的復雜性和環境的不可預測性。 基於模型的自適應與魯棒控製： 針對體內環境的不斷變化（如疲勞、病變導緻的組織剛度改變），本書介紹瞭綫性矩陣不等式（LMI）方法設計的魯棒控製器，確保係統在模型不確定性下的性能穩定。同時，探討瞭滑模控製（SMC）在處理摩擦、間隙和外部乾擾下的高精度控製問題中的優勢。 生物反饋與閉環係統設計： 深入分析瞭如何將生理信號（如肌電、腦電、壓力傳感器反饋）無縫集成到控製迴路中。這包括設計賞罰函數和優化目標，以實現仿生假肢或外骨骼在步態、抓握等復雜任務中的自然交互。 智能優化與學習控製： 引入強化學習（RL）和模型預測控製（MPC）的概念，用於解決傳統優化方法難以處理的全局優化問題。例如，在康復訓練中，MPC 可以根據患者實時的生理反應，動態調整訓練的強度和模式，以最大化神經重塑的效率。 第四部分：案例研究與前沿展望 本部分的案例研究旨在展示理論方法的實際價值，並引導讀者關注未來的研究熱點。 人工循環係統與生物反應器控製： 探討瞭在體外器官培養（Organ-on-a-Chip）和人工心髒係統設計中，如何利用先進的流體動力學模型和精確的壓力/流量控製，模擬真實的生理環境。 運動學與步態穩定性分析： 利用拉格朗日方程和牛頓-歐拉方法，對復雜的人體運動係統進行建模，並應用零力矩點（ZMP）控製策略，設計能夠在動態擾動下保持平衡的仿人機器人或外骨骼。 微納尺度操作與柔性係統： 討論瞭在微觀尺度上（如細胞操縱、藥物輸送）如何利用電潤濕、聲流或磁場進行精確的位置和力控製，以及如何設計和控製具有高柔性和環境適應性的軟體機器人。 總結： 《工程與生命科學交叉領域的動態係統建模與控製》是一本麵嚮深度學習和前沿探索的專著。它不僅提供瞭嚴格的理論工具箱，更重要的是，它展示瞭如何將這些工具應用於解決當前生物醫學工程中最具挑戰性的動態係統問題，推動從基礎理解到臨床應用的轉化。本書適閤對復雜係統科學、生物醫學工程、控製工程以及生物物理學感興趣的科研人員和研究生深入研讀。

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