Universitat Internacional de Catalunya
Técnicas de Modelización y Simulación
Otras lenguas de impartición: catalán, castellano,
Profesorado
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Presentación
Prof. Behnam Mobaraki bmobaraki@uic.es
Este curso introduce los principios fundamentales de las ecuaciones diferenciales y el Método de Elementos Finitos (FEM). También explora múltiples escenarios prácticos en los ámbitos de la mecánica estructural, transferencia de calor, dinámica de fluidos y circuitos eléctricos, demostrando sus aplicaciones en el campo de la Bioingeniería.
La docencia de la asignatura se realiza en inglés.
Requisitos previos
La asignatura se imparte en inglés, por lo que hay que tener un conocimiento suficiente de este idioma como para poder seguir las explicaciones y asimilar parte del material didáctico proporcionado. La asignatura utiliza técnicas matemáticas que se deben conocer previamente: matriz de rigidez, sistemas de ecuaciones y uso del software de programación MATLAB.
Objetivos
1. Conocer los fundamentos de las ecuaciones diferenciales.
2. Conocer los fenómenos físicos relevantes que influyen en los modelos de Bioingeniería.
3. Introducir los conceptos básicos del método de elementos finitos (FEM).
4. Estudiar la solución de ecuaciones diferenciales utilizando el software COMSOL.
5. Presentar varios métodos para modelar en Bioingeniería y ciencias de la vida con el software COMSOL.
6. Estudiar diversos casos de aplicación práctica.
Competencias/Resultados de aprendizaje de la titulación
- CN01 - Describir los aspectos relacionados con la bioingeniería basándose en libros específicos de la materia juntamente con publicaciones científicas en la frontera del conocimiento.
- CN06 - Definir los principios fundamentales de las tecnologías que se emplean en el diseño y la fabricación de micro y nanosensores en áreas biotecnológicas.
- CP01 - Interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
- CP04 - Producir estructuras fijas y removibles en las aplicaciones de dispositivos médicos.
- CP08 - Aplicar las metodologías y herramientas biotecnológicas para la investigación, desarrollo y producción de productos y servicios.
- HB01 - Comunicar de manera oral o escrita ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
- HB04 - Evaluar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas a través del análisis y la aplicación de los principios y métodos de calidad.
- HB05 - Integrar una tercera lengua, habitualmente el inglés, en un ambiente multilingüe y multidisciplinario, con un nivel oral y escrito adecuado y aplicando la terminología propia de la bioingeniería.
- HB07 - Relacionar el bienestar con la globalización y la sostenibilidad, y lograr habilidades para el uso de la técnica, la tecnología, la economía y la sostenibilidad de forma equilibrada y compatible entre ellas.
- HB12 - Evaluar los sistemas y procesos de fabricación, metrología y control de calidad.
- HB14 - Discriminar los conceptos de la ingeniería que se pueden aplicar en el campo de la biología y de la salud.
Resultados de aprendizaje de la asignatura
Al finalizar esta materia los alumnos serán capaces de:
● Distinguir los fundamentos conceptuales y metodológicos de las diferentes plataformas que forman la bioingeniería: biotecnología, nanotecnología, farmacología, inmunología, microbiología, modelización, proteómica y genómica, drug delivery, project management...
● Aplicar los fundamentos de la bioingeniería en campos como la ingeniería de tejidos, las órtesis, las prótesis dentales, la creación de una start-up, la sostenibilidad y el diseño, la fabricación y la caracterización de nuevos dispositivos médicos.
● Definir las características de los implantes, prótesis dentales, férulas radiológicas y quirúrgicas, relacionándolos con la osteointegración, la rehabilitación protésica y la prescripción facultativa.
● Definir los materiales y los procesos utilizados en la fabricación de los implantes, prótesis dentales, férulas radiológicas y quirúrgicas.
Contenidos
1 Introducción
1.1 Principales pasos en la solución del problema de Bioingeniería.
1.2 Física relevante que afecta el comportamiento de los modelos de Bioingeniería.
1.3 Tipos de esfuerzos y deformaciones.
2 ecuaciones diferenciales
2.1 Ecuación Diferencial Ordinaria (ODE).
2.2 Ecuación Diferencial Parcial (PDE).
3 MATLAB
3.1 Resolver ODE y PDE en MATLAB
3.2 Resolución de Modelos de Bioingeniería en MATLAB.
4 Método de elementos finitos (FEM)
4.1 Análisis de elementos finitos 1D
4.2 La teoría de la elasticidad en el análisis 2D (Esfuerzo plano y Deformación plana).
5 COMSOL
5.1 Análisis y diseño 2D de modelos de Bioingeniería.
5.2 Análisis y diseño 3D de modelos de Bioingeniería.
Metodología y actividades formativas
Modalidad totalmente presencial en el aula
Las actividades pueden agruparse en cuatro grandes tipos: sesiones expositivas, sesiones participativas, sesiones prácticas y estudio individual o en grupo.
Sistemas y criterios de evaluación
Modalidad totalmente presencial en el aula
La evaluación constará de los siguientes elementos:
•Assignments: 15% •Class activity: 20% •Midterm Exam: 30% (October 15th, 2024) •Final Project: 35%Para aprobar la asignatura el estudiante deberá aprobar el examen parcial con un mínimo de 5.0 y los trabajos y actividades de clase son todos obligatorios. Además, el plagio, copia o cualquier otra acción que pueda ser considerada trampa será cero en ese apartado de evaluación. Además, el plagio durante los exámenes supondrá el suspenso inmediato de toda la asignatura.
Bibliografía y recursos
- Dokos S (2016) Modelling organs, tissues, cells, and devices using MATLAB and COMSOL multiphysics. Springer.
- Kattan P (2006) MATLAB guide to finite elements, second edition. Springer
- Simmons G.F. (2016) Differential equations with applications and historical notes. Springer.
Periodo de evaluación
- E1 09/01/2026 P2A03 12:00h