Biomechanical Systems Technology pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Leondes, Cornelius T. 编

出品人:

页数:1300

译者:

出版时间:

价格:$ 614.72

装帧:

isbn号码:9789812707987

丛书系列:

图书标签:

• 生物力学
• 机械工程
• 生物工程
• 医疗器械
• 康复工程
• 人机工程学
• 运动科学
• 机器人技术
• 系统工程
• 生物医学工程

好的，下面为您提供一本关于“生物力学系统技术”的图书简介，该简介内容详尽，专注于介绍特定主题，且避免提及原书名或任何AI生成痕迹。 --- 书籍名称：《工程与生命科学交叉领域的动态系统建模与控制》 内容简介： 本专著深入探讨了当代工程科学与生命医学交叉领域中，复杂动态系统的建模、分析与控制策略。随着跨学科研究的深入，理解和调控具有生物学特性的机械系统的行为变得至关重要。本书旨在为研究人员、工程师和高级学生提供一个全面而严谨的理论框架与实践指南，用于处理那些涉及机械力、能量转换以及生命体响应的复杂系统。 全书结构紧凑，内容从基础的系统动力学理论出发，逐步深入到前沿的计算方法与智能控制技术在生物医学工程中的应用。我们重点关注那些需要精确量化、预测和干预的系统，如组织修复过程中的力学微环境、生物材料的动态响应，以及具有反馈机制的假肢与康复设备的协同设计。 第一部分：系统基础与建模方法 本书的开篇部分为理解复杂生物力学系统奠定了坚实的数学与物理基础。我们详细阐述了连续介质力学、非线性动力学以及随机过程理论在生物系统描述中的核心地位。 连续介质力学在生物组织中的应用： 重点讨论了软组织（如皮肤、血管壁）和硬组织（如骨骼、关节软骨）的本构关系。书籍不仅涵盖了经典的线弹性、黏弹性模型，还深入分析了超弹性、应变梯度理论以及生物粘附性对系统动态响应的影响。我们特别关注如何利用有限元方法（FEM）对具有复杂几何形状和各向异性特性的生物结构进行精确建模。 生物系统中的能量转换与耗散： 讨论了驱动生命活动过程中的能量代谢与机械功之间的关系。这包括肌腱收缩的生化-力学耦合模型、细胞层面的分子马达效率分析，以及在体外实验系统中模拟生理载荷对细胞命运影响的能量学方法。 多尺度建模策略： 鉴于生物系统固有的多尺度特性，本书提出了一套从分子、细胞到器官层面的集成建模方法。通过跨尺度的信息传递和耦合，实现对宏观功能行为的精准预测，例如在骨折愈合过程中，微观细胞信号如何影响宏观的力学恢复。 第二部分：系统识别、状态估计与参数辨识 在实际应用中，生物力学系统的精确参数往往难以直接测量。因此，本部分着重于如何利用有限的、带有噪声的实验数据，逆向推导出系统的内在动力学特性。 非线性系统识别： 介绍了一系列先进的系统辨识工具，包括基于核方法的非线性回归、神经网络模型以及稀疏多项式识别技术。这些方法被应用于辨识具有复杂迟滞效应和时间依赖性的生物材料的动态参数。 卡尔曼滤波及其变体在动态跟踪中的应用： 详细介绍了扩展卡尔曼滤波（EKF）和无迹卡尔曼滤波（UKF）在实时估计生物力学系统中不可测状态（如关节内载荷分布、组织内部应力松弛速率）中的应用。特别讨论了在数据稀疏或模型误差较大的情况下，如何优化滤波器的性能。 敏感性分析与实验设计： 阐述了如何通过高阶敏感性分析，确定哪些模型参数对系统的输出最为关键，从而指导实验数据的采集策略，以最小的成本获取最高的参数辨识精度。 第三部分：先进控制理论在生物工程中的实现 控制理论是实现精确干预和优化生物系统性能的关键。本部分将重点放在如何设计鲁棒且具有适应性的控制器，以应对生物系统内在的复杂性和环境的不可预测性。 基于模型的自适应与鲁棒控制： 针对体内环境的不断变化（如疲劳、病变导致的组织刚度改变），本书介绍了线性矩阵不等式（LMI）方法设计的鲁棒控制器，确保系统在模型不确定性下的性能稳定。同时，探讨了滑模控制（SMC）在处理摩擦、间隙和外部干扰下的高精度控制问题中的优势。 生物反馈与闭环系统设计： 深入分析了如何将生理信号（如肌电、脑电、压力传感器反馈）无缝集成到控制回路中。这包括设计赏罚函数和优化目标，以实现仿生假肢或外骨骼在步态、抓握等复杂任务中的自然交互。 智能优化与学习控制： 引入强化学习（RL）和模型预测控制（MPC）的概念，用于解决传统优化方法难以处理的全局优化问题。例如，在康复训练中，MPC 可以根据患者实时的生理反应，动态调整训练的强度和模式，以最大化神经重塑的效率。 第四部分：案例研究与前沿展望 本部分的案例研究旨在展示理论方法的实际价值，并引导读者关注未来的研究热点。 人工循环系统与生物反应器控制： 探讨了在体外器官培养（Organ-on-a-Chip）和人工心脏系统设计中，如何利用先进的流体动力学模型和精确的压力/流量控制，模拟真实的生理环境。 运动学与步态稳定性分析： 利用拉格朗日方程和牛顿-欧拉方法，对复杂的人体运动系统进行建模，并应用零力矩点（ZMP）控制策略，设计能够在动态扰动下保持平衡的仿人机器人或外骨骼。 微纳尺度操作与柔性系统： 讨论了在微观尺度上（如细胞操纵、药物输送）如何利用电润湿、声流或磁场进行精确的位置和力控制，以及如何设计和控制具有高柔性和环境适应性的软体机器人。 总结： 《工程与生命科学交叉领域的动态系统建模与控制》是一本面向深度学习和前沿探索的专著。它不仅提供了严格的理论工具箱，更重要的是，它展示了如何将这些工具应用于解决当前生物医学工程中最具挑战性的动态系统问题，推动从基础理解到临床应用的转化。本书适合对复杂系统科学、生物医学工程、控制工程以及生物物理学感兴趣的科研人员和研究生深入研读。

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