Optimalisatie van functies in mens-product interacties.

Ontwerp van producten die nauw aansluiten op het lichaam of een effect op dat lichaam beogen, in het bijzonder het ontwerp van medische producten, vergen een doorgedreven integratie van kennis van geometrie en fysiologie. Daarbij is het het cruciaal om eerst het volledige mens-product systeem te ontwerpen, dat moet voldoen aan vooropgestelde specificaties. Het te ontwerpen systeem bevat dan vaak een aantal functies die nog niet gekend zijn, en door de ontwerper uitgetekend moeten worden om voor optimale functionaliteit, comfort en veiligheid. Een gekend voorbeeld zijn 3D ortheses waarbij krachtwerking en geometrie op elkaar moeten aansluiten, wat gerealiseerd kan worden door topologische optimalisatie in beschikbare CAD paketten. Het specifieke doel van dit klein project is om een ontwerpmethodiek te ontwikkelen op basis van actuele wiskundige optimalisatietechnieken voor het ontwerp van stromingsgedrag van medische substanties, om de therapeutische, diagnostische en/of gebruikseffectiviteit effectiviteit van het beoogde te ontwikkelen eindproduct te optimaliseren. De bijzondere focus van dit klein project is de rheologie van medische substanties bepalen vanuit in vitro experimenten, om zo de wijze van toediening te optimaliseren voor zowel de ontvanger van medicatie als de toediener in spuit-naald gebaseerde applicatoren. De afschuifspanning in functie van de afshuifsnelheid bepaalt het stromingsgedrag van de vloeistof. Deze onbekende functie (rheologie-in Newtoniaanse vloeistoffen equivalent met viscositeit) zal berekend en gevalideerd worden door het voorspelde stromingsgedrag te linken aan observabele grootheden bekomen uit empirische metingen. De specifieke resultaten van dit project zullen ons in staat stellen om rheologie te meten met slechts zeer beperkte hoeveelheid vloeistof, en dit met eenvoudige en goedkope apparatuur: een krachtbank die de verplaatsing controleert en daarbij de uitgeoefende kracht registreert. Zo kan de kracht en stroming van medicatie die vaak (te) duur is voor uitgebreide rheologische studies (vb vaccins, celtherapie) toch snel, eenvoudig en accuraat in kaart gebracht worden. Dankzij de kennis van interne krachtwerking van bestaande en nieuwe medicatie kunnen applicatoren gebaseerd op spuit-naald configuraties, geoptimaliseerd worden, met rechtstreekse toepassingen in de ontwikkeling van applicatoren voor celtherapie en andere medische substanties, vb intradermale vaccinatietechnieken. Met dit project willen we een bredere methodiek initiëren om state-of-the-art wiskundige optimalisatietechnieken te integreren binnen het ontwerpproces van lichaamsnabije en medische producten. Dit algemeen doel zal er op lange termijn toe bijdragen dat wiskundige optimalisatie van functies (functionaalanalyse) rechtstreeks zal doorstromen naar praktische toepassingen binnen een data-gedreven productontwikkelingsproces. De inzichten vanuit praktische toepassingen kunnen op hun beurt input zullen geven naar te ontwikkelen algoritmen en optimalisatietechnieken.

Trefwoorden:MENS-PRODUCT INTERACTIE, GENERATIEVE ONTWERPMETHODEN, OPTIMALISATIE

Disciplines:Vloeistoffysica en -dynamica, Biomedische modellering