XXIV Congresso de Iniciação Científica
Identificação dos Parâmetros do Modelo Junção do Joelho Conjunto Perna-Pé com Redes Neurais Artificiais
Rafael de Paula Camata , Erica Regina Marani Daruichi Machado, Campus de Ilha Solteira, Engenharia Elétrica, camata@ieee.org, bolsa Fapesp.
Palavras Chave: Redes Neurais, Hopfield, Sistemas Biológicos, Estimulação Elétrica, Controle.
Introdução
A pesquisa tem como objetivo principal a identificação paramétrica dos sistemas biológicos de Modelo da Junção do Joelho Conjunto Perna-pé propostos por Law e Shield (Law e Shield, 2006) e por Ferrarim e Pedotti (Ferrarim e Pedotti, 2000) utilizando o algoritmo dos mínimos quadrados e o algoritmo de identificação com Rede Neural de Hopfield (Hopfield, 1982). O sistema de identificação utilizando a rede de Hopfield é um sistema de identificação paramétrica, no qual os parâmetros são estimados pela minimização de uma função energia. O estado de mínimo da rede determina os parâmetros do sistema. Através da eletro Estimulação Neuro Muscular (EENM), alguns pacientes que perderam as funções motoras, mas que apresentam os nervos periféricos intactos tem grandes chances de recuperar ou melhorar os movimentos perdidos. Entretanto, os parâmetros do modelo matemático que representa a dinâmica do sistema Junção do Joelho Conjunto Perna-pé variam de paciente para paciente e dependem das condições físicas e emocionais de cada indivíduo no momento da aplicação da estimulação elétrica.
Portanto, a identificação prévia dos parâmetros da planta é importante, pois através deles se consegue projetar e simular o conjunto controlador- estimulador, evitando-se que os primeiros testes reais de controle sejam aplicados em pacientes.
Material e Métodos
Os algoritmos de identificação paramétrica estão sendo desenvolvidos para os modelos de Junção do Joelho Conjunto Perna-pé propostos em (Law e Shield, 2006) e (Ferrarim e Pedotti, 2000). O modelo proposto em (Law e Shield, 2006) relaciona um trem de pulsos na entrada com a força exercida pelo músculo da coxa de um paciente paraplégico, hemiplégico ou tetraplégico. A função de transferência deste modelo pode ser representada por um sistema de segunda ordem. O modelo proposto em (Ferrarim e Pedotti, 2000) representa um sistema do membro inferior com dois segmentos rígidos, coxa e canela-pé e a função de transferência é dada por um sistema de terceira ordem. Serão implementados computacionalmente os algoritmos de identificação dos mínimos quadrados e o algoritmo de identificação com a Rede de Hopfield proposto em (Machado, 2003) no software Matlab. Em seguida serão realizadas comparações entre os resultados obtidos com os
dois algoritmos. A Figura 1 apresenta o esquema do sistema a ser estudado.
Figura 1. Modelo Mecânico da Junção do Joelho com o conjunto perna-pé.
Resultados e Discussão
Foram realizados estudos de algoritmos de identificação e redes neurais e atualmente a pesquisa encontra-se na fase de desenvolvimento dos algoritmos.
Conclusões
O estudo envolve temas não abordados na graduação como identificação de sistemas e redes neurais. Estes conceitos irão enriquecer a formação do aluno na área de controle e os resultados obtidos nessa pesquisa serão utilizados pelos grupos de Instrumentação e Controle do Departamento de Engenharia Elétrica (DEE) no desenvolvimento de um sistema de eletro-estimulação funcional para geração de movimentos nos membros inferiores de pacientes paraplégicos, com rotinas de acompanhamento do progresso do tratamento.
Agradecimentos
Agradecemos á FAPESP pelo apoio financeiro.
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1 Hopfield, J.J. “Neural networks and physical systems with emergent collective computation abilities”, Proc. Nat. Acad. Sci., 1982, 79,.
2554-2558.
2 Machado, E. R. M. D. Identificação Rápida de Sistemas Dinâmicos Utilizando Redes Neurais de Hopfield e Mínimos Quadrados.
Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica, FEIS/UNESP, Ilha Solteira, 1998.
3Law, L. A. F. e Shield, R. K., “Predicting Human Chronically Paralyzed Muscle Force: a Comparison of Three Mathematical Models”, Graduate Program in Physical Therapy and Rehabilitation Science, The University of Iowa, Iowa City, Iowa. J Appl Physical, 2006, 100, 1027- 1036.
4 Ferrarin, M. e Pedotti, A.,” The Relationship Between Electrical Stimulus and Joint Torque: A Dynamic Model”, IEEE Trans. Rehabil.
Eng., 2000, 8(3), 342-352.
•l é a distância entre o joelho e o centro de massa;
•θ é o ângulo entre a perna e a coxa;
•Ma é o torque ativo;
•mé a massa do conjunto;
•g é a gravidade.
