CPBR2012 - Reabilitação de Pacientes através da Robótica e de Games

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CPBR2012 - Reabilitação de Pacientes através da Robótica e de Games

  1. 1. Grupo de Mecatrônica Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica Reabilitação 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. 2. Agenda Introdução (Definições) Reabilitação Robótica Jogos e Robôs Projeto STAR (EESC/USP) Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 2/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  3. 3. 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 Escola de Engenharia de São Carlos 3/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  4. 4. 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 Escola de Engenharia de São Carlos 4/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  5. 5. Robótica (Ficção) Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 5 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  6. 6. Robótica (Realidade) Honda (2011) Sahin e Guvenc (2007) Sony (2011) iRobot (2011) Krebs et al. (2008) NÃO (2011) Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 6 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  7. 7. 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 Escola de Engenharia de São Carlos 7/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  8. 8. 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 Escola de Engenharia de São Carlos 8/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  9. 9. 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 Escola de Engenharia de São Carlos 9/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  10. 10. 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 Escola de Engenharia de São Carlos 10/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  11. 11. 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 Escola de Engenharia de São Carlos 11/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  12. 12. Tipos de controle de movimentos Controle de posição Controle de posição/força Periódico • Controle de posição • Controle de força • Impedância • Admitância • Intrinseco • Forçado • Balistico Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 12/69 B A B A A=B Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  13. 13. Gentle • Objetivo – O objetivo do GENTLE estabelece práticas de reabilitação para AVC, alterando a terapia para acomodar o paciente. • Controle de Adimitancia 4 DOF Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 13/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  14. 14. 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 DOF Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 14/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  15. 15. Rutgers Ankle • Objetivo – É para pacientes que necessitam de reablitação no tornozelo joelho, tanto para diagnósticos ortopédicos e acidente vascular cerebral. 6 DOF Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 15/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  16. 16. Lokomat • Hocoma, Zurich – Lesões na medula espinhal • Controle – Controle de posição (gerador de marcha) • Produto Comercial Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 16/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  17. 17. Jogos para Saúde (Fisio - Exercícios) Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Wii Fit Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  18. 18. Jogos para Saúde (Fisio - Reabilitação) Wii sendo usado para reabilitação Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  19. 19. 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 Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  20. 20. Dividing the problem in Tasks • • Task Repositor y Task Pool Experienc e Engine Games + Pedagogy Games + Rehabilitation Protocols and Performance Measures • Content Creation (Researcher, Physic Therapist, Occupational Therapist, Physician) Task Repository Authoring • • Game Author (Selection, Requirements, Pool) • Runtime execution (Experience Engine [Bellotti 2009] , Task Sequence, Game Engine) Execution GAME Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  21. 21. Suggested Game Composition Game Objective I Objective Layer Mission A Mission Layer (Levels) Task Layer Task 1 Objective II Mission B Task 2 Task 3 Mission C Task 4 Task 5 Task 6 Task 7 Game Play Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  22. 22. Projeto STAR Sistemas de Telereabilitação Assistida por Robôs Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  23. 23. Projeto STAR Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  24. 24. Projeto STAR Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  25. 25. Projeto STAR – Questionário Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 25/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  26. 26. Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  27. 27. Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG Ball Speed (Pixel/s) Experimental Results - 5 Subjects 550 530 510 490 470 450 430 410 390 370 350 Sub#4 Sub#5 Sub#3 Sub#2 Sub#1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Game Session Sequence Number Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  28. 28. Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores MC 1 Receiver Game Dispatcher Client Server Dispatcher Receiver Motor Controllers Monitor Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos MC 2 28/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  29. 29. Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos 29/69 Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  30. 30. 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 Escola de Engenharia de São Carlos Grupo de Mecatrônica Laboratório de Reabilitação Robótica
  31. 31. Grupo de Mecatrônica Universidade de São Paulo Escola de Engenharia de São Carlos Laboratório de Reabilitação Robótica Reabilitação 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

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