Desenvolvimento de uma órtese robótica para o movimento de flexão dos quirodáctilos por controle miolétrico: protótipo em código aberto

• Autor(a) principal: Martins, Hygor Vinícius Pereira
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/30023
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA BIOMEDICA::ENGENHARIA MEDICA; Inteligência artificial - Aplicações médicas; Processamento de sinais; Sistemas de reconhecimento de padrões; Robótica; Aparelhos ortopédicos; Mãos - Ferimentos e lesões; Artificial intelligence - Medical applications; Signal processing; Pattern recognition systems; Robotics; Orthopedic apparatus; Hand - Wounds and injuries; Engenharia Biomédica

Distúrbios neuromusculares como a lesão de plexo braquial, acidente vascular encefálico e paralisia cerebral afetam as capacidades sensoriomotoras dos membros superiores. Indivíduos acometidos tem a performance das mais fundamentais atividades de vida diária (AVDs) afetadas, e muitos não podem retornar ao trabalho. Este estudo propôs uma protótipo open-source de uma órtese robótica de mão mioelétrica para retomada de AVDs. Foi utilizada uma metodologia “user-tuned”, onde os requisitos recomendados em literatura recente e estado da arte (2017 à 2020) foram utilizados como ponto de partida para projetar requisitos ergonômicos, de sistema e usabilidade, mas a calibração do protótipo para estes requisitos é realizada por meio das métricas retiradas de um voluntário hígido. A órtese possui dois módulos: (i) sistema transmissor-interpretador (STI) e (ii) sistema receptor-atuador (SRA). No STI destaca-se o eletromiógrafo de superfície MyoWare, e 1 ESP32 com um classificador por análise discriminante linear (LDA) construído a partir de 10 conjuntos de sinais mioelétricos de superfície (SMEs) gravados do voluntário. Os SMEs são coletados em tempo real, segmentados por janelas disruptivas de 80 ms, filtrados e discriminados em 3 possíveis classes: (i) preensão pinça, (ii) preensão cilíndrica e (iii) repouso. Um voto majoritário é aplicado em 3 classes recém classificadas, e a classe com maior ocorrência entre as 3 é enviada ao SRA. Todo o processo do STI ocorre em 300 ms. No módulo SRA destaca-se 1 ESP32, 2 motores de corrente contínua N20, tendões artificiais de náilon e talas de pulso e dedos impressas em tecnologia 3D. O SRA recebe uma classe do STI e utiliza uma máquina de estados finitos para decidir qual das três poses de mão serão realizadas baseado na classe recebida, o estado atual da máquina, e a classe anteriormente recebida. As talas foram construídas a partir das medidas retiradas da mão do voluntário, e ajustadas até o encaixe e amplitude de movimento estarem confortáveis ao voluntário. O protocolo de teste foi baseado no teste de função motora da mão do instituto de reabilitação de Toronto (TRI-HFT), e usou objetos de uso diário: (i) um cartão, (ii) um lápis, e (iii) uma garrafa plástica de 600 ml cheia de água. O protótipo alcançou todos os requisitos de ergonomia recomendados na literatura, e foi a órtese que mais cumpriu tais requisitos quando comparadas às órteses robóticas de mão mioelétricas do estado da arte. Adicionalmente, a acurácia do sistema alcançou 90% nos testes em tempo real. Por fim, o custo de produção da órtese é de R$ 856,35 ou 2,98% do valor da órtese de mão mioelétrica comercial mais barata no mercado (PowerGrip), ambos os preços cotados em Novembro de 2021.