Um novo modelo de conceito para implantes ortopédicos instrumentados ativos

Doutoramento em Engenharia MecânicaTotal hip replacement (THR) is one of the most performed surgical procedures around the world. Millions of THR are carried out worldwide each year. Currently, THR revision rates can be higher than 10%. A significant increase of the number of primary and revision THRs, mainly among patients less than 65 years old (including those under 45 years old) has been predicted for the forthcoming years. A worldwide increase in the use of uncemented fixation has also been reported, incidence caused mainly by the significant increase of more active and/or younger patients. Besides the significant breakthroughs for uncemented fixations, they have not been able to ensure long-term implant survival. Up to date, current implant models have shown evidences of their inability to avoid revision procedures. The performance of implants will be optimized if they are designed to perform an effective control over the osseointegration process. To pursue this goal, improved surgical techniques and rehabilitation protocols, innovative bioactive coatings (including those for controlled delivery of drugs and/or other bio-agents in the bone-implant interface), the concepts of Passive Instrumented Implant and Active Instrumented Implant have been proposed. However, there are no conclusive demonstrations of the effectiveness of such methodologies. The main goal of this thesis is to propose a new concept model for instrumented implants to optimize the bone-implant integration: the self-powered instrumented active implant with ability to deliver controlled and personalized biophysical stimuli to target tissue areas. The need of such a new model is demonstrated by optimality analyses conducted to study the performance of instrumented and non-instrumented orthopaedic implants. Promising results on the potential of a therapeutic actuation driven by cosurface-based capacitive stimulation were achieved, as well as for self-powering instrumented active implants by magnetic levitation-based electromagnetic energy harvesting.A artroplastia total da anca (THR) é um dos procedimentos cirúrgicos mais realizados à escala global. Milhões de THRs são realizadas todos os anos em todo o mundo. Atualmente, as taxas de revisão destas artroplastias podem ser superiores a 10%. O número de THRs primárias e de revisão têm aumentado e estima-se que cresçam acentuadamente nos próximos anos, principalmente em pacientes com idades inferiores a 65 anos (incluindo aqueles com menos de 45 anos). Também se tem verificado uma tendência generalizada para o uso de fixações não cimentadas, incidência principalmente causada pelo aumento significativo de pacientes mais jovens e/ou activos. Embora se tenham realizado avanços científicos no projeto de implantes não cimentados, têm-se verificado o seu insucesso a longo-prazo. Encontram-se evidências da ineficácia dos modelos de implantes que têm sido desenvolvidos para evitar procedimentos de revisão. O desempenho dos implantes será otimizado se estes foram projetados para controlarem eficazmente o processo de osseointegração. Para se alcançar este objetivo, têm sido propostas a melhoria das técnicas cirúrgicas e dos protocolos de reabilitação, a inovação dos revestimentos (onde se incluem os revestimentos ativos projetados para a libertação controlada de fármacos e/ou outros bio-agentes) e os conceitos de Implante Instrumentado Passivo e Implante Instrumentado Ativo. Contudo, não existem demonstrações conclusivas da eficácia de tais metodologias. O principal objetivo desta tese é propor um novo modelo de conceito para implantes instrumentados para se otimizar a integração osso-implante: o implante instrumentado ativo, energeticamente auto-suficiente, com capacidade de aplicar estímulos biofísicos em tecidos-alvo de forma controlada e personalizada. A necessidade de um novo modelo é demonstrada através da realização de análises de otimalidade ao desempenho dos implantes instrumentados e não-instrumentados. Foram encontrados resultados promissores para o controlo otimizado da osseointegração usando este novo modelo, através da atuação terapêutica baseada na estimulação capacitiva com arquitetura em co-superfície, assim como para fornecer energia elétrica de forma autónoma por mecanismos de transdução baseados em indução eletromagnética usando configurações baseadas na levitação magnética

Carbon-Based Nanomaterials for (Bio)Sensors Development

Carbon-based nanomaterials have been increasingly used in sensors and biosensors design due to their advantageous intrinsic properties, which include, but are not limited to, high electrical and thermal conductivity, chemical stability, optical properties, large specific surface, biocompatibility, and easy functionalization. The most commonly applied carbonaceous nanomaterials are carbon nanotubes (single- or multi-walled nanotubes) and graphene, but promising data have been also reported for (bio)sensors based on carbon quantum dots and nanocomposites, among others. The incorporation of carbon-based nanomaterials, independent of the detection scheme and developed platform type (optical, chemical, and biological, etc.), has a major beneficial effect on the (bio)sensor sensitivity, specificity, and overall performance. As a consequence, carbon-based nanomaterials have been promoting a revolution in the field of (bio)sensors with the development of increasingly sensitive devices. This Special Issue presents original research data and review articles that focus on (experimental or theoretical) advances, challenges, and outlooks concerning the preparation, characterization, and application of carbon-based nanomaterials for (bio)sensor development

Applications and Experiences of Quality Control

The rich palette of topics set out in this book provides a sufficiently broad overview of the developments in the field of quality control. By providing detailed information on various aspects of quality control, this book can serve as a basis for starting interdisciplinary cooperation, which has increasingly become an integral part of scientific and applied research

XLIII Jornadas de Automática: libro de actas: 7, 8 y 9 de septiembre de 2022, Logroño (La Rioja)

[Resumen] Las Jornadas de Automática (JA) son el evento más importante del Comité Español de Automática (CEA), entidad científico-técnica con más de cincuenta años de vida y destinada a la difusión e implantación de la Automática en la sociedad. Este año se celebra la cuadragésima tercera edición de las JA, que constituyen el punto de encuentro de la comunidad de Automática de nuestro país. La presente edición permitirá dar visibilidad a los nuevos retos y resultados del ámbito, y su uso en un gran número de aplicaciones, entre otras, las energías renovables, la bioingeniería o la robótica asistencial. Además de la componente científica, que se ve reflejada en este libro de actas, las JA son un punto de encuentro de las diferentes generaciones de profesores, investigadores y profesionales, incluyendo la componente social que es de vital importancia. Esta edición 2022 de las JA se celebra en Logroño, capital de La Rioja, región mundialmente conocida por la calidad de sus vinos de Denominación de Origen y que ha asumido el desafío de poder ganar competitividad a través de la transformación verde y digital. Pero también por ser la cuna del castellano e impulsar el Valle de la Lengua con la ayuda de las nuevas tecnologías, entre ellas la Automática Inteligente. Los organizadores de estas JA, pertenecientes al Área de Ingeniería de Sistemas y Automática del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de La Rioja (UR), constituyen un pilar fundamental en el apoyo a la región para el estudio, implementación y difusión de estos retos. Esta edición, la primera en formato íntegramente presencial después de la pandemia de la covid-19, cuenta con más de 200 asistentes y se celebra a caballo entre el Edificio Politécnico de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial y el Monasterio de Yuso situado en San Millán de la Cogolla, dos marcos excepcionales para la realización de las JA. Como parte del programa científico, dos sesiones plenarias harán hincapié, respectivamente, sobre soluciones de control para afrontar los nuevos retos energéticos, y sobre la calidad de los datos para una inteligencia artificial (IA) imparcial y confiable. También, dos mesas redondas debatirán aplicaciones de la IA y la implantación de la tecnología digital en la actividad profesional. Adicionalmente, destacaremos dos clases magistrales alineadas con tecnología de última generación que serán impartidas por profesionales de la empresa. Las JA también van a albergar dos competiciones: CEABOT, con robots humanoides, y el Concurso de Ingeniería de Control, enfocado a UAVs. A todas estas actividades hay que añadir las reuniones de los grupos temáticos de CEA, las exhibiciones de pósteres con las comunicaciones presentadas a las JA y los expositores de las empresas. Por último, durante el evento se va a proceder a la entrega del “Premio Nacional de Automática” (edición 2022) y del “Premio CEA al Talento Femenino en Automática”, patrocinado por el Gobierno de La Rioja (en su primera edición), además de diversos galardones enmarcados dentro de las actividades de los grupos temáticos de CEA. Las actas de las XLIII Jornadas de Automática están formadas por un total de 143 comunicaciones, organizadas en torno a los nueve Grupos Temáticos y a las dos Líneas Estratégicas de CEA. Los trabajos seleccionados han sido sometidos a un proceso de revisión por pares