Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Freitas, Matheus de Souza
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43570
Resumo: This Bachelor's Thesis (TCC) involves the use of Artificial Intelligence (AI) techniques to the creation of serious games aimed at the rehabilitation of the human ankle. Its objective is to use AIs to help the patient in real time in carrying out their therapy, guiding them to a foot movement appropriate to their condition while playing, favoring the feeling of accomplishment when achieving a good score in game. Primarily, the creation of games and serious games was studied, searching for what factors must be considered to entertain the player, and what characteristics must be present to allow a engaged rehabilitation for the user. The scenario of AI in games and physiotherapy, as well as the types of existing equipment and feedback provided by patients were also taken into account. A game was then developed for each of the three main movements of the human ankle, seeking an approximation, and easy association, of the movement to be performed by the user and its outcome on the game screen. Subsequently, the establishment of a communication between hardware and software was done, taking the movement carried out on the existing test bench to the game character (in Unity), enabling a responsive and fast transmission of information based on the communication protocols employed. This phase also consists of the integration process, centralizing the main data processing and analysis steps in Matlab in order to facilitate communication and future changes. Afterwards, the most appropriate artificial intelligence technique was then selected and applied to the existing system and then trained, while changing configurations and searching for an Artificial Neural Network (ANN) capable of playing by itself, which means, taking control of the character and reaching the best possible score. At last, the entire system was integrated, a method was developed to let the AI manipulate the electric motor and it was possible to make it play, consistent with the initial objective of the study, thus demonstrating the potential for the developed serious games to be used in ankle rehabilitation procedures. With these results, there is potential for the game in aiding the user by guiding them as needed to complete the desired actions for character movement in the games.
id UFU_54034236418c860ca60ceb3ec2874fed
oai_identifier_str oai:repositorio.ufu.br:123456789/43570
network_acronym_str UFU
network_name_str Repositório Institucional da UFU
repository_id_str
spelling Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo HumanoUse of Artificial Intelligence (AI) Techniques for the Development of Serious Games Applied to a Robotic Structure Aimed at the Rehabilitation of the Human Anklereabilitação do tornozelo humanohuman ankle rehabilitationjogos sériosserious gamesinteligência artificialartificial intelligenceestrutura robóticarobotic structureprotocolo de comunicaçãocommunication protocolCNPQ::ENGENHARIASThis Bachelor's Thesis (TCC) involves the use of Artificial Intelligence (AI) techniques to the creation of serious games aimed at the rehabilitation of the human ankle. Its objective is to use AIs to help the patient in real time in carrying out their therapy, guiding them to a foot movement appropriate to their condition while playing, favoring the feeling of accomplishment when achieving a good score in game. Primarily, the creation of games and serious games was studied, searching for what factors must be considered to entertain the player, and what characteristics must be present to allow a engaged rehabilitation for the user. The scenario of AI in games and physiotherapy, as well as the types of existing equipment and feedback provided by patients were also taken into account. A game was then developed for each of the three main movements of the human ankle, seeking an approximation, and easy association, of the movement to be performed by the user and its outcome on the game screen. Subsequently, the establishment of a communication between hardware and software was done, taking the movement carried out on the existing test bench to the game character (in Unity), enabling a responsive and fast transmission of information based on the communication protocols employed. This phase also consists of the integration process, centralizing the main data processing and analysis steps in Matlab in order to facilitate communication and future changes. Afterwards, the most appropriate artificial intelligence technique was then selected and applied to the existing system and then trained, while changing configurations and searching for an Artificial Neural Network (ANN) capable of playing by itself, which means, taking control of the character and reaching the best possible score. At last, the entire system was integrated, a method was developed to let the AI manipulate the electric motor and it was possible to make it play, consistent with the initial objective of the study, thus demonstrating the potential for the developed serious games to be used in ankle rehabilitation procedures. With these results, there is potential for the game in aiding the user by guiding them as needed to complete the desired actions for character movement in the games.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoTrabalho de Conclusão de Curso (Graduação)Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) envolve o uso de técnicas de Inteligência Artificial (IA) na criação de jogos sérios voltados a reabilitação do tornozelo humano. Seu objetivo é fazer o uso de IAs para ajudar o paciente em tempo real na realização de sua terapia, guiando-o para um movimento do pé adequado a sua condição enquanto joga, favorecendo o sentimento de realização ao conseguir uma boa pontuação no jogo. Primeiro estudou-se quanto a criação de jogos e jogos sérios, que fatores devem-se levar em consideração para divertir o jogador, e que características deve ter para permitir uma reabilitação mais participativa ao usuário. Observou-se também o cenário de aplicação de IA em jogos e em fisioterapias, os tipos de equipamentos existentes e feedbacks fornecidos pelos pacientes. Desenvolveu-se então um jogo para cada um dos três movimentos principais do tornozelo humano, buscando uma aproximação, e fácil associação, do movimento a ser performado pelo usuário e o resultado deste na tela do jogo. Na sequência foi realizado o estudo para o estabelecimento da comunicação entre hardwares e softwares, levando o movimento realizado na bancada de testes utilizada até o personagem do jogo (no Unity), possibilitando uma transmissão de informação responsiva e rápida a partir dos protocolos de comunicação. Houve também o processo de integração, centralizando as principais etapas de processamento e análise de dados no Matlab de forma a facilitar a comunicação e futuras alterações. Posteriormente, focou-se na seleção da técnica de inteligência artificial mais adequada, na sua aplicação ao sistema já existente e no seu treinamento, alterando configurações e buscando uma Rede Neural Artificial (RNA) capaz de jogar sozinha, isto é, tomar o controle do personagem e alcançar a melhor pontuação possível. Finalmente, integrou-se todo o sistema, desenvolveu-se uma forma de deixar a IA controlar o motor e foi possível fazê-la jogar, de acordo com objetivo inicial do trabalho, mostrando a possibilidade de os jogos sérios desenvolvidos serem utilizados nos procedimentos de reabilitação do tornozelo. Com os resultados simulados, apresenta-se a possibilidade da realização de uma assistência por parte do jogo ao usuário, de maneira a conduzi-lo, quando necessário, a completar as ações desejadas para a movimentação dos personagens nos jogos.2026-04-25Universidade Federal de UberlândiaBrasilEngenharia MecânicaGonçalves, Rogério Saleshttp://lattes.cnpq.br/9474579551520236Gonçalves, Rogério Saleshttp://lattes.cnpq.br/9474579551520236Ladeira, Guênia Mara Vieirahttp://lattes.cnpq.br/6803258192983484Garcia, Gabriella Fainahttp://lattes.cnpq.br/2187363760175978Freitas, Matheus de Souza2024-10-03T17:19:20Z2024-10-03T17:19:20Z2024-04-25info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisapplication/pdfFREITAS, Matheus de Souza. Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano. 2024. 165 f. Tabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43570porhttp://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-10-04T06:17:36Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/43570Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-10-04T06:17:36Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
dc.title.none.fl_str_mv Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
Use of Artificial Intelligence (AI) Techniques for the Development of Serious Games Applied to a Robotic Structure Aimed at the Rehabilitation of the Human Ankle
title Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
spellingShingle Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
Freitas, Matheus de Souza
reabilitação do tornozelo humano
human ankle rehabilitation
jogos sérios
serious games
inteligência artificial
artificial intelligence
estrutura robótica
robotic structure
protocolo de comunicação
communication protocol
CNPQ::ENGENHARIAS
title_short Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
title_full Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
title_fullStr Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
title_full_unstemmed Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
title_sort Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
author Freitas, Matheus de Souza
author_facet Freitas, Matheus de Souza
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Gonçalves, Rogério Sales
http://lattes.cnpq.br/9474579551520236
Gonçalves, Rogério Sales
http://lattes.cnpq.br/9474579551520236
Ladeira, Guênia Mara Vieira
http://lattes.cnpq.br/6803258192983484
Garcia, Gabriella Faina
http://lattes.cnpq.br/2187363760175978
dc.contributor.author.fl_str_mv Freitas, Matheus de Souza
dc.subject.por.fl_str_mv reabilitação do tornozelo humano
human ankle rehabilitation
jogos sérios
serious games
inteligência artificial
artificial intelligence
estrutura robótica
robotic structure
protocolo de comunicação
communication protocol
CNPQ::ENGENHARIAS
topic reabilitação do tornozelo humano
human ankle rehabilitation
jogos sérios
serious games
inteligência artificial
artificial intelligence
estrutura robótica
robotic structure
protocolo de comunicação
communication protocol
CNPQ::ENGENHARIAS
description This Bachelor's Thesis (TCC) involves the use of Artificial Intelligence (AI) techniques to the creation of serious games aimed at the rehabilitation of the human ankle. Its objective is to use AIs to help the patient in real time in carrying out their therapy, guiding them to a foot movement appropriate to their condition while playing, favoring the feeling of accomplishment when achieving a good score in game. Primarily, the creation of games and serious games was studied, searching for what factors must be considered to entertain the player, and what characteristics must be present to allow a engaged rehabilitation for the user. The scenario of AI in games and physiotherapy, as well as the types of existing equipment and feedback provided by patients were also taken into account. A game was then developed for each of the three main movements of the human ankle, seeking an approximation, and easy association, of the movement to be performed by the user and its outcome on the game screen. Subsequently, the establishment of a communication between hardware and software was done, taking the movement carried out on the existing test bench to the game character (in Unity), enabling a responsive and fast transmission of information based on the communication protocols employed. This phase also consists of the integration process, centralizing the main data processing and analysis steps in Matlab in order to facilitate communication and future changes. Afterwards, the most appropriate artificial intelligence technique was then selected and applied to the existing system and then trained, while changing configurations and searching for an Artificial Neural Network (ANN) capable of playing by itself, which means, taking control of the character and reaching the best possible score. At last, the entire system was integrated, a method was developed to let the AI manipulate the electric motor and it was possible to make it play, consistent with the initial objective of the study, thus demonstrating the potential for the developed serious games to be used in ankle rehabilitation procedures. With these results, there is potential for the game in aiding the user by guiding them as needed to complete the desired actions for character movement in the games.
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024-10-03T17:19:20Z
2024-10-03T17:19:20Z
2024-04-25
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/bachelorThesis
format bachelorThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.uri.fl_str_mv FREITAS, Matheus de Souza. Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano. 2024. 165 f. Tabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43570
identifier_str_mv FREITAS, Matheus de Souza. Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano. 2024. 165 f. Tabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.
url https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43570
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
info:eu-repo/semantics/embargoedAccess
rights_invalid_str_mv http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/
eu_rights_str_mv embargoedAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Engenharia Mecânica
publisher.none.fl_str_mv Universidade Federal de Uberlândia
Brasil
Engenharia Mecânica
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Repositório Institucional da UFU
instname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron:UFU
instname_str Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
instacron_str UFU
institution UFU
reponame_str Repositório Institucional da UFU
collection Repositório Institucional da UFU
repository.name.fl_str_mv Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)
repository.mail.fl_str_mv diinf@dirbi.ufu.br
_version_ 1813711289925500928