Computational Modeling in Biomechanics

در دسترس بودن فناوری محاسباتی پیشرفته اساساً پارادایم تحقیقی در زمینه بیومکانیک را تغییر داده است. محققان با استفاده از ابزارهای پیچیده محاسباتی، با کاوش در پدیده های پیچیده بیومکانیکی در سطوح مولکولی، سلولی، بافت و اندام، به دنبال پاسخ به سوالات اساسی هستند. تسلیحات محاسباتی شامل ابزارهای متنوعی مانند روش‌های مکانیکی کوانتومی و دینامیک مولکولی از ابتدا در مقیاس‌های اتمی و المان محدود، عنصر مرزی، شبکه آزاد و همچنین روش‌های مرز غوطه‌ور و شبکه بولتزمن در مقیاس‌های پیوسته است. روش‌های چند مقیاسی که مقیاس‌های مختلف را به هم پیوند می‌دهند نیز در حال توسعه هستند. در حالی که بیشتر کاربردها نیاز به تجزیه و تحلیل رو به جلو دارند، به عنوان مثال، یافتن تغییر شکل ها و تنش ها در نتیجه بارگذاری، سایر کاربردها شامل تعیین پارامترهای سازنده بر اساس تصویربرداری بافت و تجزیه و تحلیل معکوس هستند. این کتاب نگاهی اجمالی به نقش‌های متنوع و مهمی دارد که فناوری محاسباتی مدرن در زمینه‌های مختلف بیومکانیک از جمله سیالات زیستی و انتقال جرم، مکانیک قلبی عروقی، مکانیک اسکلتی عضلانی، مکانیک بافت نرم و مکانیک بیومولکولی ایفا می‌کند.

Availability of advanced computational technology has fundamentally altered the investigative paradigm in the field of biomechanics. Armed with sophisticated computational tools, researchers are seeking answers to fundamental questions by exploring complex biomechanical phenomena at the molecular, cellular, tissue and organ levels. The computational armamentarium includes such diverse tools as the ab initio quantum mechanical and molecular dynamics methods at the atomistic scales and the finite element, boundary element, meshfree as well as immersed boundary and lattice-Boltzmann methods at the continuum scales. Multiscale methods that link various scales are also being developed. While most applications require forward analysis, e.g., finding deformations and stresses as a result of loading, others involve determination of constitutive parameters based on tissue imaging and inverse analysis. This book provides a glimpse of the diverse and important roles that modern computational technology is playing in various areas of biomechanics including biofluids and mass transfer, cardiovascular mechanics, musculoskeletal mechanics, soft tissue mechanics, and biomolecular mechanics.