O CS3B, Centro de Simulação em Bioengenharia, Biomecânica e Biomateriais, vem atuando há mais de 20 anos em pesquisas no ramo de bioengenharia, biomecânica e biomateriais utilizando métodos numéricos, em especial o método dos elementos finitos. Os principais focos de pesquisas do grupo ao longo destes anos, através dos projetos fomentados, foram o de desenvolver modelos em elementos finitos de estruturas biomecânicas, o de realizar validação entre os resultados experimentais e as respostas obtidas através da modelagem e simulação computacional e o de desenvolvimento de novos produtos na área de bioengenharia. Tem auxiliado em pesquisas com vários parceiros na área de inovação em bioengenharia/biomecânica. Temos experiência em diversos tópicos: próteses odontológicas, placas de fixação óssea, biomateriais, stents bioabsorvíveis e equipamentos médicos. Os projetos ativos podem ser vistos em: https://cs3b.feb.unesp.br/#work.

Os resultados de projetos financiados por agências de fomento, principalmente o Projeto de Auxílio Regular FAPESP - Processo: 2020/15735-0, podem ser vistos através do repositório contido na pasta compartilhada:

https://drive.google.com/drive/folders/1wXV24qeoKjORsSbtZ64QaPmrdRh47grO?usp=sharing

O principal objetivo deste projeto é encontrar uma solução otimizada numericamente através de elementos finitos para stents bioabsorvíveis de modo a deixar a espessura das hastes do stent o mais fina possível ao mesmo tempo em que fornece resistência radial e flexibilidade necessárias ao tratamento de Coarctação da Aorta, principalmente em neonatos.

Trabalha na análise da influência de parâmetros no comportamento estrutural de uma prótese dentária utilizando o Método dos Elementos Finitos, juntamente com os conceitos de RSM (Response Surface Methodology) e DOE (Design of Experiments), com o objetivo de minimizar tensões no osso cortical na região de interface entre osso e implante através de otimização da estrutura.

As tecnologias de impressão 3D tornam-se cada vez mais acessíveis no mundo todo. Paralelamente, o mercado de próteses veterinárias é impulsionado pela crescente valorização dos animais. A união da crescente demanda e da limitada oferta exige maior conhecimento das atuais capacidades das tecnologias de manufatura aditiva para a produção de próteses individualizadas. Nesse cenário, o presente trabalho idealizou o desenvolvimento de uma prótese de bico para um tucano. Foram estabelecidas seis etapas para a produção do dispositivo que envolveram a aplicação de diversos softwares CAD, de modelagem e de análise estrutural via método dos elementos finitos. Os resultados da análise computacional evidenciaram que a prótese de PA 12 teria capacidade de suportar as condições reais de uso, pois as tensões às quais o dispositivo está sujeito são inferiores à tensão de escoamento do material.

Este projeto tem o objetivo de avaliar a resistência à fadiga e a distribuição de tensões, por meio da análise de elementos finitos, de coroas monolíticas de dissilicato de lítio em função do desenho do preparo e do espaçamento para o cimento.

Este projeto tem como objetivo aumentar a eficiência do sistema de absorção de impacto de esteiras ergométricas através da otimização da geometria e do material, tornando-o adaptável à ampla gama de usuários e suas variações de peso e, assim, dimiuir a chance de lesões do usuário, visto que este sentirá um menor impacto durante a pratica de exercícios. Além disto, este projeto visa tornar os equipamentos com sistema de absorção de impacto avançado mais acessíveis à população.

A utilização de materiais cerâmicos para biomateriais está bastante desenvolvida, com aplicações em diferentes áreas biológicas (médica, odontológica, farmacêutica) e inúmeros projetos são viabilizados pensando em diferentes aplicações para as cerâmicas como biomateriais. A zircônia (ZrO2) se tornou uma cerâmica muito utilizada para implantes dentários e próteses, tendo em vista sua alta dureza, resistência ao desgaste, biocompatibilidade e, principalmente, alta tenacidade à fratura quando comparada com diferentes cerâmicas, sendo a zircônia chamada até mesmo de ‘aço cerâmico’. Mesmo diante destas características, mudanças na zircônia são projetadas para aumentar ainda mais sua tenacidade à fratura, com adição de diferentes componentes em sua matriz cerâmica. Com isso, busca-se nesse Projeto melhorar a tenacidade à fratura da zircônia com a fabricação de um compósito à base de cerâmica com a adição de nanotubos de carbono à matriz. A adição de nanocomponentes à matriz de zircônia já mostrou resultados promissores em diferentes pesquisas e, o comportamento dos nanotubos que atuam como mecanismos de trava e retardamento da propagação de trincas, é importante para melhorar a tenacidade da zircônia. Atuando com métodos convencionais de sinterização e trabalhando no processo de fabricação do compósito, o objetivo principal é estudar a influência dos nanotubos de carbono na matriz de zircônia e como as propriedades mecânicas são alteradas, verificando a qualidade de compósitos ao se comparar com a zircônia pura comercial. Utilizando ensaios mecânicos e técnicas avançadas de microscopia, o projeto visa estudar, compreender e transpor as dificuldades em se fabricar um compósito de base cerâmica e otimizar o processo de adição de nanotubos de carbono a uma matriz cerâmica.

Este projeto tem como diretriz desenvolver um instrumento cirúrgico descartável para o reparo ligamentar do joelho, fabricado em material polimérico. Durante este processo, a geometria de cada componente será otimizada por meio da análise de elementos finitos para garantir a máxima resistência mecânica. Ao final do desenvolvimento, se espera obter um instrumental que suporte os carregamentos durante o uso, além de evitar possíveis contaminações de pacientes decorrentes de limpeza e esterilização ineficazes.

8)    Projeto: Utilização de sensores de fibra ótica FBG (Fiber Bragg Grating), destinados a medição de deformações – Trabalho de Revisão e Estudo de Caso

Dentro dos vários tipos de sensores ópticos, um tipo é o Fiber Bragg Grating (FBG). Desde a sua descoberta, o FBG ganhou grande atenção na área de sensoriamento óptico devido às suas vantagens inerentes, como baixo custo, tamanho pequeno, resposta de alta precisão, alta sensibilidade e imunidade a interferência eletromagnética. Uma das aplicações do sensor óptico com FBG é o monitoramento da integridade da estrutura, visando possibilitar a previsão de falhas estruturais e a execução de manutenções preventivas no momento correto, além de também auxiliarem em medições de deformações estruturais. O principal objetivo desse projeto é fazer uma revisão teórica do FBG e juntamente a isso, analisar a sua viabilidade na temática da análise de tensões e deformações estruturais.

9)    Projeto: Utilização da tecnologia da Correlação Digital de Imagens (DIC), destinados a medição de deformações - Trabalho de revisão e estudo de caso.

O objetivo deste trabalho é a revisão bibliográfica de estudos com a temática DIC – Digital Image Correlation, utilizando as avaliações da técnica de medição de campos de deformações com a possível substituição dos Strain Gauges. O DIC é uma forma não invasiva de se fazer ensaios de tensão e deformação, esta apresenta diversas vantagens quando comparada aos métodos usuais (Strain Gauges), como: não há necessidade de contato, medidas de deformação de 0,01 a 100%, possibilidade de medição em 2D e 3D, o tamanho do objeto analisado pode variar de escala microscópica a grande estrutura, entre outros. O processo é realizado através de uma técnica digital de correlação de imagem da superfície da estrutura enquanto ela é submetida a aplicação de carga, nesse trecho analisado, há pontos espaçados aleatoriamente (padrão speckle) antes, durante e depois do carregamento (os subsets), assim o programa pode correlacionar os campos de deslocamentos no plano (bidimensional) ou fora do plano (tridimensional) que variam devido a tensão e/ou deformação da estrutura. As imagens são obtidas através de câmeras CCD inseridas numa montagem adequada e que permite a visualização da superfície do objeto sob análise.

10)    Projeto: Análise em elementos finitos de dispositivos palatinos, mini implantes e osso peri-implantar geradas por sistema de intrusão de molares superiores

A mordida aberta anterior é uma má formação óssea comum no ser humano. Ela é caracterizada pelo apontamento dos dentes superiores no sentido externo a boca. Sua correção pode ser feita de duas maneiras: através de procedimentos cirúrgicos ou através da utilização de aparelhos ortodônticos especializados. As cirurgias são procedimentos muito invasivos e sua recuperação é dolorosa para o paciente. Por causa disso, dar-se preferência aos dispositivos ortodônticos no tratamento. Entretanto, a maior parte destes dispositivos são feitos por poucas empresas no mercado, o que encarece muito o seu uso. Portanto, há a necessidade de se desenvolver um dispositivo de baixo custo e eficaz no tratamento. A partir disso, os estudos sobre a fabricação e a resistência estrutural de dispositivos elaborados dentro das próprias clinicas ganharam importância e o Método dos Elementos Finitos se tornou uma ferramenta muito utilizada nesses estudos. Esse projeto tem como objetivo avaliar o comportamento estrutural de dois novos modelos de dispositivos de correção de mordida aberta desenvolvidos em clínica. Para isto, serão utilizados arames de aço inox e modelagens simples da boca de um paciente de 32 anos para que seja possível a avaliação do comportamento das tensões pelo critério de von-Mises.

11)    Projeto: Avaliação de diferentes técnicas de perfuração no processo de montagem de placa óssea aplicada no tratamento de fratura femoral de coelhos via Método dos Elementos Finitos

O projeto tem o objetivo de avaliar o comportamento estrutural de diferentes técnicas de perfuração, com e sem sobreperfuração, na montagem de placa ósseas aplicadas no tratamento de fratura femoral em coelhos, valendo-se para tal de um modelo em Elementos Finitos construído a partir de tomografias obtidas de espécimes ensaiados em laboratório, cujo os resultados serão posteriormente comparados e utilizados para validação do modelo.

12)    Projeto: Determinação do efeito de próteses parciais removíveis ortodonticas através da análise de elementos finitos

A principal razão das aplicações de próteses parciais removíveis (PPRs) na odontologia é a reposição de dentes perdidos, seja para fins estéticos, aumentar a eficiência da mastigação ou melhorar a fonética. O fato de implantes dentários ou próteses parciais fixas serem relativamente inacessíveis financeiramente para grande parte da população, faz com que as PPRs sejam a melhor opção para estes pacientes. A PPR é constituída por uma armação metálica, que deve ser planejada e desenhada a partir de um estudo prévio dos modelos em um delineador e desenhada corretamente, visando encontrar a posição ideal de cada elemento na PPR, de forma a obter uma biomecânica satisfatória da prótese em questão, com forças resultantes adequadas nos dentes, mucosa e tecidos adjacentes. Para obter retenção mecânica adequada em uma PPR, devem ser planejados os retentores diretos, nos dentes pilares, e os indiretos, o mais distante possível da linha de fulcro. Os retentores indiretos são dispositivos fundamentais na estabilidade da PPR, uma vez que impedem a movimentação póstero-anterior da prótese, além de melhorar a distribuição das forças entre os dentes remanescentes, não sobrecarregando assim os dentes pilares. Atualmente, ainda há pouca evidencia cientifica sobre qual retentor indireto fornece a melhor relação de distribuição de forças entre os dentes e por isso a modelagem e análise de elementos finitos (MEF) se torna um importante instrumento na pesquisa odontológica, possibilitando a simulação de experimentos clínicos tanto transversais quanto longitudinais. O MEF é um dos métodos numéricos de resolver equações diferenciais que tem como princípio básico dividir ou discretizar o sistema em vários elementos menores denominados elementos finitos, identificar os graus de liberdade que descrevem seu comportamento e depois escrever as equações que descrevem o comportamento de cada elemento e sua interação com os elementos vizinhos, o que o torna de grande utilidade para indicar aspectos biomecânicos de materiais que dificilmente podem ser testados in vivo. O objetivo deste trabalho é de avaliar, através do MEF, a influência de diferentes modelos de PPRs na distribuição dos esforços mastigatórios nos dentes remanescentes e estruturas bucais nos pacientes que fazem uso de PPR.

Saiba mais sobre nossas publicações. Uma lista completa pode ser vista nos currículos lattes de cada pesquisador.

1. LONDON, EMILY ; HERNANDEZ, BRUNO AGOSTINHO ; MURRAY, JAMES ; GILL, HARINDERJIT S. . Using Suction in Back-Bleeding Conditions Increases Cement Penetration without the Need for a Tourniquet. MEDICAL ENGINEERING & PHYSICS, v. 1, p. 103807, 2022.
   
2. DE OLIVEIRA FREITAS, JOÃO PAULO ; AGOSTINHO HERNANDEZ, BRUNO ; GONCALVES, P. J. P. ; BAPTISTA, E. ; CAPELLO SOUSA, EDSON ANTONIO. Novel and simplified optimisation pathway using Response Surface and Design of Experiments methodologies for dental implants based on the stress of the cortical bone. PROCEEDINGS OF THE INSTITUTION OF MECHANICAL ENGINEERS PART H-JOURNAL OF ENGINEERING IN MEDICINE, 2021.
3. SANTOS, F. J. ; HERNANDEZ, BRUNO AGOSTINHO ; SOUZA, M. P. D. ; ANDRADE, A. J. P. ; CAPELLO SOUSA, EDSON A. Finite Element Simulation And Performance Analysis Of A Novel Bioabsorbable Stent For The Treatment Of Aortic Coarctation. In: 26th International Congress of Mechanical Engineering, 2021, Florianópolis. 26th International Congress of Mechanical Engineering, 2021.
4. SOUZA, M. P. D. ; HERNANDEZ, BRUNO AGOSTINHO ; LOUZADA JUNIOR, M. A. ; SAITO, L. P. ; CAPELLO SOUSA, EDSON A . Nonlinear Finite Element Analysis And Structural Validation Of Shock Absorbers Used On Treadmills. In: 26th International Congress of Mechanical Engineering, 2021, Florianópolis. 26th International Congress of Mechanical Engineering, 2021.
5. ANDRADE, M. ; HERNANDEZ, BRUNO AGOSTINHO ; TOGASHI, M. ; CAPELLO SOUSA, EDSON A . Parametric Analysis Of A Unitary Dental Prosthesis Overimplant Using Finite Element Models. In: 26th International Congress of Mechanical Engineering, 2021, Florianópolis. 26th International Congress of Mechanical Engineering, 2021.
6. SANTOS, F. J. ; AGOSTINHO HERNANDEZ, BRUNO ; TOGASHI, M. M. ; ANDRADE, M. ; CAPELLO SOUSA, E. A. Desafios na modelagem de stents bioabsorvíveis em elementos finitos para coarctação da aorta. In: 9º CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECÂNICA, 2020, Porto. LIVRO de RESUMOS do 9º CONGRESSO NACIONAL DE BIOMECÂNICA, 2020.
7. M.M. TOGASHI, M.P. DE ANDRADE, F.J. DOS SANTOS, B.A. HERNANDEZ AND E.A. CAPELLO SOUSA. Preliminary Results of Structural Optimization of Dental Prosthesis Using Finite Element Method. In: XXVII Brazilian Congress on Biomedical Engineering. Proceedings of CBEB 2020, October 26-30, 2020, Vitória, Brazil.
8. NEHEMY, GABRIELLA ; GONÇALVES, PAULO ; CAPELLO SOUSA, EDSON . Dynamic behavior of axially moving systems with elastic supports. In: 25th International Congress of Mechanical Engineering, 2019, Uberlândia. Proceedings of the 25th International Congress of Mechanical Engineering, 2019.
9. PEREIRA, J. P. ; PEREIRA, J. M. ; GONÇALVES, G. M. B. ; CAPELLO SOUSA, EDSON A. O uso do escâner tridimensional a laser no ensino técnico profissionalizante em mecânica. In: XXVI Colóquio Afirse Portugal, 2019, Lisboa. XXVI Colóquio da AFIRSE Portugal, 2019. p. 241.
10. PASCHOETO, G. G. ; MESQUITA NETO, CAMILO ; CAPELLO SOUSA, E. A. . Parametrization for Response Surface in a Dental Prosthesis with FEM Three-Dimensional Modeling. In: ENEBI 2018 - 6º Encontro Nacional de Engenharia Biomecânica, 2018, Águas de Lindóia. Anais do ENEBI 2018 ? 6º Encontro Nacional de Engenharia Biomecânica, 2018.
11. MESQUITA NETO, CAMILO ; CAPELLO SOUSA, EDSON A. ; FERNANDES, J. C. M. ; MIDENA, R. Z. ; ALCADE, M. P. ; VIVIAN, R. R. . Development and Experimental validation of a Three-Dimensional Model in Finite Elements for Stress Analysis in an Endodontic Instrument. In: 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering - COBEM/2017, 2017, Curitiba. Anais do 24th COBEM/2017, 2017.
12. KAVASHIMA, LIECA HASSEGAWA ; SANCHES, MATHEUS GALLO ; SOUSA, EDSON ANTONIO CAPELLO ; RAMOS, CARLA MÜLLER ; BORGES, ANA FLÁVIA SANCHES ; FORTULAN, CARLOS ALBERTO ; FOSCHINI, CESAR RENATO . Análise da microdureza Vickers de zircônia Y-TZP pré-sinterizada para a usinagem e posterior aplicação como copings. Materia-Rio de Janeiro, v. 22, p. e11817, 2017.
13. JOAO, ROBERTO SARTORI MORENO ; CONRADO, DI RAIMO ; ROMEU, RONY DA COSTA CAVALCANTI ; MARCIO, AURELIO MONTEZUMA ; EDSON, ANTONIO CAPELLO DE SOUZA . Study of an electromechanical system for solid fertilizer variable rate planting. African Journal of Agricultural Research, v. 11, p. 159-165, 2016.
14. SUEDAM, VALDEY ; MORETTI NETO, RAFAEL TOBIAS ; SOUSA, EDSON ANTONIO CAPELLO ; RUBO, José Henrique . Effect of cantilever length and alloy framework on the stress distribution in peri-implant area of cantilevered implant-supported fixed partial dentures. Journal of Applied Oral Science (Online), v. 24, p. 114-120, 2016.
15. SANTOS, ROGERIO RODRIGUES ; RAHAL, SHEILA CANEVESE ; MESQUITA NETO, CAMILO ; RIBEIRO, CELSO ROBERTO ; SOUSA, EDSON ANTONIO CAPELLO ; FOSCHINI, CESAR RENATO ; AGOSTINHO, FELIPE STEFAN ; MESQUITA, LUCIANE DOS REIS . Biomechanical Analysis of Locking Reconstruction Plate Using Mono- or Bicortical Screws. Materials Research (São Carlos. On-line), v. 19, p. pp.588, n.3-593, 2016.
16. REZENDE, CARLOS EDUARDO EDWARDS ; CHASE-DIAZ, MELODY ; COSTA, MAX DORIA ; ALBARRACIN, MAX LAURENT ; PASCHOETO, GABRIELA ; SOUSA, EDSON ANTONIO CAPELLO ; RUBO, JOSÉ HENRIQUE; BORGES, ANA FLÁVIA SANCHES . Stress Distribution in Single Dental Implant System. The Journal of Craniofacial Surgery (Print), v. 26, p. 2196-2200, 2015.
17. HERNANDEZ, B. A. ; PASCHOETO, G. G. ; FREITAS, JOÃO PAULO DE OLIVEIRA ; PATERNO, A. ; CAPELLO SOUSA, E. A. Evaluation of Pre-load variation effects on the stress behavior in dental prosthesis: Finite Element Study. In: 23rd International Congress of Mechanical Engineering - COBEM 2015, 2015, Rio de Janeiro/RJ. Anais do COBEM-2015, 2015.
18. AGOSTINHO HERNANDEZ, BRUNO ; PATERNO, ALEXANDER ; CAPELLO SOUSA, EDSON ANTONIO ; DE OLIVEIRA FREITAS, JOÃO PAULO ; FOSCHINI, CESAR RENATO . Fatigue Analysis of Dental Prostheses by Finite Element Method (FEM). In: ASME 2015 International Mechanical Engineering Congress and Exposition, 2015, Houston. Volume 3: Biomedical and Biotechnology Engineering. p. V003T03A081.
19. FREITAS, JOÃO DE OLIVEIRA; CAPELLO SOUSA, E. A. ; FOSCHINI, C. R. ; SANTOS, R. R. ; RAHAL, S. C. Pretreatment and reconstruction of three-dimensional images applied in a locking reconstruction plate for structural analysis with FEA. In: Tavares, JMRS; Jorge, RMN. (Org.). (Org.). COMPUTATIONAL VISION AND MEDICAL IMAGE PROCESSING IV. 1eded.Funchal, Madeira Island: CRC Press, 2014, v. , p. 133-135.
20. FREITAS, JOÃO DE OLIVEIRA; CAPELLO SOUSA, E. A. ; FOSCHINI, C. R. ; SANTOS, R. R. ; RAHAL, S. C. Pretreatment and reconstruction of three-dimensional images applied in a locking reconstruction plate for structural analysis with FEA. In: Tavares, JMRS; Jorge, RMN. (Org.). (Org.). COMPUTATIONAL VISION AND MEDICAL IMAGE PROCESSING IV. 1eded.Funchal, Madeira Island: CRC Press, 2014, v. , p. 133-135.
21. DE OLIVEIRA, JOÃO ; BIANCO, VINÍCIUS ; RUBO, JOSÉ ; GONÇALVES, PAULO ; SOUSA, EDSON . Parametric evaluation of cortical bone thickness behavior on stress/strain of a dental implant. In: R . M . Natal Jorge; J . C . Reis Campos; Mário A . P . Vaz; Sónia M . Santos; João Manuel R . S . Tavares (Org). (Org.). Biodental Engineering III. 1eded.London: CRC Press, 2014, v. , p. 39-41.
22. GRANDO, ANTÔNIO FRANCISCO ; REZENDE, CARLOS EDUARDO EDWARDS ; SOUSA, EDSON ANTÔNIO CAPELLO ; RUBO, JOSÉ HENRIQUE. Effect of veneering material on the deformation suffered by implant-supported fixed prosthesis framework. Journal of Applied Oral Science (Impresso), v. 22, p. 209-217, 2014.
23. MENDES, STELLA DE N. C. ; EDWARDS REZENDE, CARLOS E. ; MORETTI NETO, RAFAEL T. ; CAPELLO SOUSA, EDSON A. ; HENRIQUE RUBO, JOSÉ . Effect of Framework Soldering on the Deformation of Implant Abutments After Framework Seating. Implant Dentistry (Print), v. 22, p. 193-198, 2013.
24. AGOSTINI, C. E. ; CAPELLO SOUSA, E. A. . Complex modal analysis of a vertical rotor through finite element method. International Research Journal of Engineering Science, Technology and Innovation, v. 1, p. 111-121, 2012.
25. HOLLWEG, H. ; JACQUES, L. B. ; MOURA, MARCIO DA SILVA ; BIANCO, V. C. ; SOUZA, EDSON ANTONIO CAPELLO ; RUBO, JOSÉ HENRIQUE. Deformation of Implant Abutments After Framework Connection Using Strain Gauges. The Journal of Oral Implantology, v. 38, p. 125-132, 2012.
26. COSTA, M. D. ; LAURENT, M. A. ; BIANCO, V. C. ; MORETTI, Rafael Tobias ; CAPELLO SOUSA, E. A. ; RUBO, JOSÉ HENRIQUE. Análise comparativa da deformação gerada na região peri-implantar e no intermediário em função do aperto do parafuso protético em diferentes tipos de cilindros usinados e fundido. Implant News, v. 8, p. 87-92, 2011.
27. TABATA,LUCAS FERNANDO ; GONÇALVES ASSUNÇÃO, WIRLEY ; BARÃO, VALENTIM ADELINO RICARDO ; ALVES GOMES, ERICA ; APARECIDA DELBEN, JULIANA ; CAPELLO DE SOUSA, EDSON ANTÔNIO ; PASSOS ROCHA, EDUARDO. Comparison of Single-Standing or Connected Implants on Stress Distribution in Bone of Mandibular Overdentures. Journal of Craniofacial Surgery, v. 21, p. 696-702, 2010.

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