Macromodelo Fluido-Electro-Mecánico de una Microválvula para el Tratamiento del Glaucoma

Abstract

La microválvula para el tratamiento del glaucoma es un implante activo que permite regular la presión intraocular de manera dinámica variando el caudal de salida del humor acuoso del ojo. El dispositivo que se analiza fue diseñado para ser construido mediante la aplicación de la tecnología MEMS (microelectromechanical systems). El mecanismo actuador de la microválvula es un polímero electroactivo, que presenta deformaciones con bajos voltajes flexionando un diafragma. En este trabajo se desarrolla un macromodelo (modelo dinámico de orden reducido de dispositivos) que permite describir el funcionamiento de la microválvula con menor costo computacional que el que demanda la simulación de las diferentes partes del microsistema. El uso del macromodelo permite optimizar el proceso de diseño y validación del dispositivo. El macromodelo está compuesto por cuatro módulos: a) Eléctrico, que describe la relación tensión corriente en los polímeros electroactivos; b) Electromecánico, que relaciona la densidad de cargas con la deformación del polímero activo; c) Mecánico, que describe la deformación del actuador utilizando el método de conservación de la energía elástica; y el módulo d) Microfluídica. Para optimizar y validar el macromodelo desarrollado se simula el funcionamiento de la microválvula utilizando el método de elementos finitos. Se modela la interacción electromecánica del actuador utilizando un modelo termoelástico nolineal geométrico. Para resolver el problema fluídico se utiliza una malla móvil (ALE) que copia el desplazamiento del diafragma. El macromodelo desarrollado permite determinar la variación del flujo de humor acuoso cuando el actuador de la microválvula es energizado eléctricamente y también puede ser utilizado como un bloque en software de simulación de circuitos electrónicos integrado con la microelectrónica asociada al MEMS.