Учитывая, что функция зависит от нескольких переменных, mini_lambda не была опцией. Но с симпой это было приятно и легко.
def math_model():
a, o, t, t0, tau, dt, k = sympy.symbols('a, o, t, t0, tau, dt, k')
semi = a * sympy.exp(-(t - t0)/ tau)
reflex = k * a * sympy.exp(-(t -(t0 + dt))/ tau)
double = sympy.Piecewise((o, t < t0),(o + semi, (t0 <= t) & (t < t0 + dt)), (o + semi + reflex, t0 + dt <= t))
return sympy.lambdify([t, t0, dt, k, o, a, tau], double, 'scipy')
Спасибо, что предложили Sympy. После использования lambdify в результате получается функция python, которая в этом случае опирается на грубые определения математических функций.