DESENVOLVIMENTO DE PROTÓTIPO E SOFTWARE DE CONTROLE DE PRÓTESE DE MEMBRO SUPERIOR
PROTOTYPE DEVELOPMENT AND CONTROL SOFTWARE OF UPPER LIMB PROSTHESIS
Crisman Penalva Santos – Graduando em Engenharia da Computação – Unisalesiano Araçatuba - [email protected] Bruno Calhiari – Graduando em Engenharia Mecatrônica – Unisalesiano Araçatuba - [email protected] Fernando Henrique Alves Benedito – Graduando em Engenharia Mecatrônica –
Unisalesiano Araçatuba - [email protected] Prof. Orientador Dr. Edval Rodrigues de Viveiros – Unisalesiano Araçatuba – [email protected]
RESUMO
A tecnologia de desenvolvimento de próteses biônicas ainda é incipiente no Brasil, comparando-se com outros países, contrastando com a crescente demanda de produtos nesta área, ocasionado ou por problemas de má formação genética, ou ainda pelo aumento na quantidade de acidentes no trânsito e outras causas.
Pensando-se no alto custo de tais equipamentos, desenvolveu-se neste projeto um protótipo de uma mão biônica de baixo custo. Além da construção desta prótese de membro superior, fundamentada em medidas antropométricas, o projeto traz como inovação rebro-computador (ICC) não invasiva, para controle mecatrônico da mesma. Uma primeira etapa de comunicação entre o microcontrolador e os servomotores da mão biônica foi executada, assim como o comando e controle via computador. Atualmente trabalha-se nos últimos ajustes computacionais e mecatrônicos para se efetuar a comunicação entre a ICC e respectivo software de controle da mão biônica.
Palavras-chave: -computador.
Automação e Controle.
INTRODUÇÃO
O grand -computador concentrava-se na aplicação dos modelos de mapeamento funcional de Brodmann e Broca, modelos estes que limitavam a interpretação sobre os níveis elétricos dos chamados potenciais de ação. Trabalhos conduzidos por Miguel Nicolelis e colaboradores possibilitaram desenvolver-se algoritmos computacionais baseados em redes neurais e inteligência artificial, de modo a permitir utilizar padrões de reconhecimento (pattern recognition) de cada ação cognitivo-motora, para posterior construção de vários tipos e modelos de
interface cérebro-máquina, interface -computador, interface cérebro- computador-cérebro e outras. (NICOLELIS, LEBEDEV, 2009)
Entretanto, o caráter altamen -computador não invasiva.
Este projeto utiliza um modelo de ICC não invasiva da marca Emotiv Epoc, de baixo custo (aproximadamente 700 dólares).
Por outro lado, a tecnologia de construção de próteses biônicas vem crescendo nas últimas décadas, principalmente devido ao exponencial avanço nas áreas das engenharias da computação, eletrônica e mecânica ou, mais apropriadamente, na engenharia mecatrônica. (VENTIMIGLIA, 2012)
Atualmente, técnicas de construção mecânica como a prototipagem em 3D vem possibilitando grande diminuição nos custos de tais próteses. Neste sentido, algumas iniciativas internacionais tem sido desenvolvidas, citando, por exemplo, o j ‘The Open Hand Project’
Contudo, outro problema se impõe quanto ao uso da maioria destas próteses, além do altíssimo custo (algumas chegam a custar 100 mil dólares), que é a dificuldade em sua utilização, pois em alguns casos demanda-se um tempo longo de treino da musculatura e nervos residuais num indivíduo com determinado nível de amputação.
Este problema, entretanto, poderia ser minimizado e solucionado através do uso de uma ICC para se efetuar o comando elétrico cerebral (neuronal) direto (CHENG, CHING, 2009). Uma ICC do tipo Emotiv Epoc possibilita o uso de técnicas de imageria mental e de padrões de reconhecimento até mesmo por pessoas cegas (VIVEIROS, 2013), já que tal treino cognitivo exige o recrutamento çõ ‘feedback ’
OBJETIVO GERAL
-computador.
DESENVOLVIMENTO
Na Figura 1 apresenta-se o funcionamento completo do sistema de automação da mão biônica. Assim, a ICC Emotiv Epoc lê, interpreta e compila os dados elétricos neuronais provenientes do cérebro humano, por intermédio do software ‘Panel Control’, concomitante ao funcionamento deste software, outro ‘E C ’ comunicação com o software desenvolvido para a pesquisa, que faz a intermediação ou interfaceamento com esta parte e consequentemente com o controle dos servomotores contidos na mão biônica.
– ç -computador
Fonte: Elaborada pelos autores, 2015.
METODOLOGIA
Materiais e métodos
A metodologia do treino cognitivo de imageria mental segue protocolos definidos por Nicolelis e Lebedev (2009), pelo protocolo Ecolig aplicado por Miguel (2010), e o mesmo protocolo empregado por Viveiros (2013). Basicamente, esta
cerebrais via software 3dBrainVisualizer, decodificados pelo software TestVBench (aquisição de sinal analógico e transformação para sinal digital via transformada de Fourier), formatação de protocolos de comunicação utilizando o software Panel Control e Emokey e estabelecimento de interface com o software do Arduino, via linguagem C++.
A interpretação dos dados neurocognitivos (EEG e ritmos cerebrais Alpha, Beta, Delta e Theta) foram realizados pelo software LabChart (ADInstruments).
RESULTADOS PRELIMINARES
Basicamente foram obtidos três resultados:
1o: Construção de três modelos de próteses, de acordo com a demanda técnica de cada fase do projeto (Figuras 2, 3 e 4).
2o: Construção de um software de controle do microcontrolador Arduino e a ICC Emotiv Epoc;
3o: Construção de programação para automação da mão biônica.
Protótipo 1
Este protótipo foi desenvolvido para estudo do processo de automação via microcontrolador Arduino. Na Figura 2 vemos o protótipo sendo apresentado na 11ª Semana da Engenharia do Unisalesiano (Outubro de 2014).
Figura 2 – Primeiro protótipo desenvolvido, acionado pelo microcontrolador Arduino
Fonte: Elaborada pelos Autores, 2014.
Nesta fase foram executados os primeiros testes com acionamento dos servomotores para controle do movimento dos dedos, necessários para se processar a programação necessária para automação.
Protótipo 2
Desenvolvido em material acrílico, este modelo já foi ergonomicamente projetado, fundamentado em medidas antropométricas de um dos acadêmicos pesquisadores.
Figura 3 – Montagens do protótipo em acrílico
Fonte: Elaborada pelos autores, 2015.
Protótipo 3
Este protótipo final foi confeccionado em material ABS numa impressora de
Figura 4 – Modelo de prótese prototipada em impressora 3D
Fonte: Elaborada pelos autores, 2015.
CONCLUSÕES
Os resultados até agora alcançados são extremamente animadores, porque fornecem importantes bases científicas para posteriores projetos que possam aprofundar e sofisticar tanto o desenvolvimento da prótese em si mesma, quanto sua automação e controle via uso de interface cérebro-computador não invasiva, ambas de baixíssimo custo.
REFERÊNCIAS
CHEN, C. W.; CHING, C. K. Hand Orthosis Controlled Using Brain computer Interface. Journal of Medical and Biological Engineering, 29(5): 234-241, 2009.
MIGUEL, P.V. O. - -computador. [Tese de Doutorado] E E C ç – FEEC.
UNICAMP, 2010.
NICOLELIS, M. A. L.; LEBEDEV, M. A. Principles of neural ensemble physiology underlying the operation of brain-machine interfaces. Nature Reviews Neuroscience, v. 10, n. 7, p. 530-540, Jul. 2009.
OPEN HAND PROJECT. Disponível em: < http://www.openhandproject.org >.
Acesso em: 08 maio. 2015.
VENTIMIGLIA, P. Design of a Human Hand Prosthesis - A Major Qualifying Project. Report submitted to the Faculty of the Worcester Polytechnic Institute in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Bachelor of Arts. Advised by:
Professor Taskin Padir Professor Jerome Schaufeld. Worcester Polytechnic Institute, Worcester, MA, Apr. 26, 2012.
VIVEIROS, E. R. - - computador. [Tese de Doutorado] -gradu ç E ç a Ciência. Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho, UNESP, Bauru.
2013. 487f.
