Terapia ocupacional com games

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  • A realidade desta última década está presente nos serviços domésticos, na educação, entretenimento, na área da saúde, nas aplicações militares, explorações espaciais e no setor automobilístico.Aproximadamente 30 segundos
  • Back to the serious game.These are common characteristics of successful projects in serious games...If we compare this scenario with the games we observe in most projects in Rehabilitation I think we still have a long way to go.I know that relevant results have been reached so far using very simple games, but kids can play for hours in front a convincing game environment.
  • How this can be done.Our suggestion replaces the role of pedagogy in Educational Serious Games by rehabilitation protocols and performance measures.Since we are using robots here our task is much more deterministic than the related problems in education.First, we propose to divide the problem in small parts or movement tasks.Here we separate the job of the researcher, physician or therapist in the role the content creation. This is a separete role from the game development.They should work here in the development of small modules called tasks containing for example movements and sequencesThis production is collected in repository with different movement protocols and movement sequences. But also some orientation of possible dependencies between the created tasks and also important restrictionsThen game author uses this small to build coherent game experiencesIn the future, following also an idea of the education area the games may compose new experiences in a autonomous way (Experience Engine).
  • How the games is builtFirst in a manual modeLet say the researcher has a high level objective in mindo for his subjectsLets assume that this objective may be divided in two improvement phases, described here as Mission A and B.This offers already a very elegant form to implement progressive challenging levelsThe game developer can use the tasks provided in the repository to compose each mission.He can combine challenging task with more entertaining onesThe game flows from left to rightLater this may also be implemented in an autonomous form using an AI based experience engine
  • Now back to the interface between robots and gamesI already spoke a lot about what I think will be the tendency in games, and here they are just summarizedBut I dind’n’tspeek about the requirements on the robotic sideI think by now it is very clear that robots for rehabilitation need to be interactive, user friendlySafe, reliable,And now we have several technologies that may be nice if fitted to this already amazing machines*******************************************While attempts to adapt or re-configure industrial robots for use in rehabilitation robotics appears to be a reasonable approach it suffers from a critical drawback: some twenty years of experience with industrial robots shows that low impedance comparable to the human arm cannot practically be achieved with these machines (intrinsically high impedance machines). In contrast to these approaches other groups have developed robotic technology configured for safe, stable and compliant operation in close physical contact with humans. For example, the MIT-MANUS robot developed in the Newman Laboratory for Biomechanics and Human Rehabilitation was specifically designed for clinical neurological applications and ensures a gentle compliant behavior (Hogan et al., 1992 and 1995; Krebs et al, 1998). Other low-impedance rehabilitation devices are Reinkensmeyer’s ARM Guide (2000), Furusho’s EMUL (2003), and PNEUMO  (XXX). Operationally, these robots can “get out of the way” as needed. They can therefore be programmed to allow the recovering stroke survivor to express movement, in whole or in part, even when the attempts are weak or uncoordinated. This feature appears to be crucial for effective therapy. Upper extremity robotics has proven its effectiveness when therapy affords an interactive experience. Furthermore, these interactive devices can obtain uncorrupted measurements of a patient’s sensorimotor function (see for example Krebs et al., 1998, 1999; Rohrer et al., 2002; Reinkensmeyer et al., 2002; Colombo, xxx; O’Malley, yyy, Dipietro et al., 2008 ; Bosecker, 2010). 

Transcript

  • 1. Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação RobóticaReabilitação de Pacientes através da Robótica e de Games Kléber de Oliveira Andrade pdjkleber@gmail.com @pdjkleber Orientador Glauco Augusto de Paula Caurin Campus Party Brasil Fevereiro de 2012
  • 2. Kléber Andrade• Bacharel em Ciência da Computação (EEP) – 2005 à 2008 – Um Algoritmo Evolutivo para Adaptação das Estratégias dos NPCs em um Jogo de Ação.• Mestrado em Engenharia Mecânica (EESC/USP) – 2009 à 2011 – Sistema Neural Reativo para o Estacionamento Paralelo com uma Única Manobra em Veículos de Passeio.• Doutorando em Engenharia Mecânica (EESC/USP) – 2011 à atual. – Método Adaptativo para Maximizar a Motivação de Pacientes através de Robôs e Jogos. (Título provisório)• Um dos Donos do Ponto V (3 sócios) – Portal sobre Programação de Jogos Profissional. – Link: http://www.pontov.com.br Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos 2/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 3. AgendaIntrodução (Definições)Reabilitação RobóticaJogos e RobôsProjeto STAR (EESC/USP)Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 3/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 4. Robô?• Origem da palavra Robô – O termo robot (robô) foi utilizado pela primeira vez pelo escritor Karel Capek, em 1920, quando escreveu uma história com o nome “Rossum’s Universal Robots”. Em tcheco a palavra robota tem o significado de “trabalho escravo”.• Dicionário – 1. Aparelho mecânico que imita os movimentos humanos. – 2. Fig. Pessoa sem vontade própria, geralmente sobre o comando de outrem.• Wikipedia – Um robô (ou robot) é um dispositivo, ou grupo de dispositivos, eletromecânicos ou biomecânicos capazes de realizar trabalhos de maneira autônoma, pré-programada, ou através de controle humano.Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 4/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 5. Mito sobre os robôs “Robôs irão roubar o seu emprego!”• Agumento contrário: o corpo humano não foi feito para suportar atividades repetitivas, ou que requerem concentração continuada por várias horas. O melhor lugar do homem é na tomada de decisões e supervisão.Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 5/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 6. Robótica (Ficção)Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 6 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 7. Robótica (Realidade) Honda (2011) Sahin e Guvenc (2007) Sony (2011) iRobot (2011) Krebs et al. (2008) NÃO (2011)Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 7 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 8. Linha do tempo da Robótica• Fases da pesquisa em robótica – Até os anos 80 (Promessas): em vinte anos, robôs móveis poderão realizar qualquer tipo de tarefa de forma segura, comunicar com os humanos e “protegê-los”. – Anos 90 (Muito trabalho e desilusão): Grandes desenvolvimento na área da robótica móvel, com resultados experimentais tanto motivadores como frustrantes. Expansão das modalidades de robôs. – 2000 à atual (Amadurecimento): Mudança de foco, com reforço das seguintes qualidades; assistência, colaboração, tele-operação e entretenimento (Robôs de serviços).Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 8/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 9. O que são Robôs de Serviços?• Robôs de Serviços – Robôs de serviço são equipamentos que operam de forma semi ou totalmente autônoma realizando serviços úteis ao bem-estar dos seres humanos.• Areas de aplicação (exemplos) – Robôs de domético (limpeza de casa, jardim, piscina, etc.) – Robôs de inspeção de cabos, dutos, etc. – Robôs médicos (assistentes de cirurgias, etc.) – Robôs assistivos (para auxiliar pessoas) – Robôs para entretenimento• E a reabilitação?Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 9/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 10. Reabilitação Robótica?• Reabilitação – É a área médica que tem por objetivo principal restaurar as funções dos pacientes, o máximo possível (Dikke Van Dalle).• Reabilitação Robótica – São robôs de serviços que operam de forma semi ou totalmente autônoma prestando serviços úteis ao bem-estar dos seres humanos com deficiências (R.q. Van der Linde, 2003).Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 10/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 11. Por que Reabilitação Robótica?• Nós temos uma necessidade crescente de tratamento – Pessoas mais idosas – Cada vez mais doentes• Reabilitação Robótica pode ser eficaz – Motivador – Preciso – Objetivo – Adaptativo• Reabilitação Robótica também permite atendimento domiciliar Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos 11/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 12. Questões Tecnicas• Interação entre humanos e robôs Humano Robô• Que tipo de controle é necessário?• Como interagir com o robô?• Confiança• Segurança Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos 12/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 13. Tipos de controle de movimentos B Controle de • Controle de posição posição • Controle de força A • Impedância B Controle de • Admitânciaposição/força • Intrinseco A • Forçado Periódico • Balistico A=BUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 13/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 14. Gentle• Objetivo – O objetivo do GENTLE estabelece práticas de reabilitação para AVC, alterando a terapia para acomodar o paciente.• Controle de Adimitancia 4 DOFUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 14/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 15. MIT MANUS• Objetivo – O objetivo do projeto é desenvolver, implementar e testar um sistema robótico para fisioterapia e reabilitação neurológica• Controle – Controle de impedância• Produto comercial 3 DOFUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 15/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 16. Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 17. Rutgers Ankle• Objetivo – É para pacientes que necessitam de reablitação no tornozelo joelho, tanto para diagnósticos ortopédicos e acidente vascular cerebral. 6 DOFUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 17/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 18. Lokomat• Hocoma, Zurich – Lesões na medula espinhal• Controle – Controle de posição (gerador de marcha)• Produto ComercialUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 18/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 19. Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 20. Jogos para Saúde (Fisio - Exercícios)Universidade de São Paulo Wii Fit Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 21. Jogos para Saúde (Fisio - Reabilitação) Wii sendo usado para reabilitaçãoUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 22. Definições• Computer Games – Interactive, goal-oriented activity, with active agents to play against, in which players (including active agents) can interfere with each other• Serious Games - entertainment is not the primary goal of gaming• Serious Games for our purposes – the rehabilitation is the primary goal rather than entertainment; – Content • Rehabilitation (Health), Education, Advergames, – Theory • Physics, Art, Psychology, HCI, Cognition, Perception, Pedagogy – Game Design • Simulation, Programming, AI, 3D, Level Design Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 23. Common Characteristics ofSuccessful SG in Education• Coherent, realistic 3D environment• The player explores the environment - problem centered missions• Complexity grows gradually – more complex objectives• Explore concepts like Zone of Proximal Development ZPD [Kuchar 2006], Hard Fun [Quinn 2005]Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 24. Dividing the problem in Tasks • Games + Pedagogy • Games + Rehabilitation Protocols and Performance Measures • Content Creation (Researcher, Physic Therapist, Occupational TaskRepositor Therapist, Physician) y • Task Repository AuthoringTask Pool • Game Author (Selection, Requirements, Pool)Experienc • Runtime execution (Experience Engine [Bellotti 2009] , Taske Engine Sequence, Game Engine) Execution GAME Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 25. Suggested Game Composition Game Objective Objective Objective Layer I II Mission Mission MissionMission Layer (Levels) A B C Task Layer Task 1 Task 2 Task 3 Task 4 Task 5 Task 6 Task 7 Game PlayUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 26. Projeto STARSistemas de Telereabilitação Assistida por Robôs Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 27. Projeto STAR (Vídeo)Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 27/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 28. Projeto STARUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 29. Projeto STARUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 30. Projeto STAR – QuestionárioUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 30/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 31. Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG Experimental Results - 5 Subjects 550 530 510 Ball Speed (Pixel/s) 490 470 Sub#4 450 Sub#5 430 410 Sub#3 390 Sub#2 370 350 Sub#1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Game Session Sequence NumberUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 32. Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores MC 1 Receiver DispatcherGame Client Server Motor MC 2 Controllers Dispatcher Receiver Monitor Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos 32/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 33. Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadoresUniversidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos 33/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 34. Integrando Robôs e Games• Requisitos do Game – Jogos específicos para cada geração – Crianças e adolescentes (Maior qualidade gráfico e realismos físico)• Requisitos do robô – Interatividade amigável para o usuário  Robô assistivo – Interação Homem-Máquina segura – estabilidade na presença de contato com o ambiente (terapeuta-paciente) – Tempo de confiabilidade, Real – Integração de tecnologias • Wii Mote, Wii Balance Board • Kinect e Webcams • Cell Processor and GPUs • Motion Tracking (Rastreado de movimentos) • Speech + Touch + Motion Tracking + Biosensors • Keyboard, Joystick Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 35. Próximos passos do Projeto STAR• Integrar um cliente de Banco de Dados para Analises futuras (Jogo, Robô e Usuário)• Desenvolver interface de auxílio ao terapeuta• Fazer analises de: – Temperatura facial – Emoções (técnicas de visão) – Distrações (aplicados a motoristas) – Imersões – Diversão – Fadiga muscular• Novos protótipos de sistemas robóticos• Desenvolver novos jogos (Unity 3D) Universidade de São Paulo Grupo de Mecatrônica Escola de Engenharia de São Carlos 35/69 Laboratório de Reabilitação Robótica
  • 36. Universidade de São Paulo Grupo de MecatrônicaEscola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação RobóticaReabilitação de Pacientes através da Robótica e de Games Kléber de Oliveira Andrade pdjkleber@gmail.com @pdjkleber Orientador Glauco Augusto de Paula Caurin Campus Party Brasil Fevereiro de 2012