cpbr2012 - reabilitação de pacientes através da robótica e de games

Universidade de São Paulo

Escola de Engenharia de São Carlos

Grupo de Mecatrônica

Laboratório de Reabilitação Robótica

Reabilitação de Pacientes através

da Robótica e de Games

Kléber de Oliveira Andrade

[email protected]

@pdjkleber

Orientador

Glauco Augusto de Paula Caurin

Campus Party Brasil

Fevereiro de 2012

http://www.eesc.usp.br/


mailto:[email protected]

Universidade de São PauloEscola de Engenharia de São Carlos

Grupo de MecatrônicaLaboratório de Reabilitação Robótica

Agenda

Introdução (Definições)

Reabilitação Robótica

Jogos e Robôs

Projeto STAR (EESC/USP)

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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.

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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.

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Robótica (Ficção)

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Robótica (Realidade)

Honda (2011) Sahin e Guvenc (2007) Sony (2011)

iRobot (2011) Krebs et al. (2008) NÃO (2011)

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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).

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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?

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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).

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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

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Questões Tecnicas

• Interação entre humanos e robôs

• Que tipo de controle é necessário?

• Como interagir com o robô?

• Confiança

• Segurança

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Humano Robô





Tipos de controle de movimentos

• Controle de posição

• Controle de força

Controle de posição

• Impedância

• Admitância

• Intrinseco

Controle de posição/força

• Forçado

• BalisticoPeriódico

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A

B

A

B

A = B





Gentle

• Objetivo

– O objetivo do GENTLE estabelece práticas de

reabilitação para AVC, alterando a terapia para

acomodar o paciente.

• Controle de Adimitancia

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4 DOF





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

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3 DOF





Rutgers Ankle

• Objetivo– É para pacientes que necessitam de reablitação no tornozelo

joelho, tanto para diagnósticos ortopédicos e acidente vascular cerebral.

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6 DOF





Lokomat

• Hocoma, Zurich

– Lesões na medula

espinhal

• Controle

– Controle de posição

(gerador de marcha)

• Produto Comercial

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Jogos para Saúde (Fisio - Exercícios)

Wii Fit





Jogos para Saúde (Fisio - Reabilitação)

Wii sendo usado para reabilitação



Wii reabilitação - reportagem RPC.mp4

Wii reabilitação - reportagem RPC.mp4



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





Dividing the problem in Tasks

• Games + Pedagogy

• Games + Rehabilitation Protocols and Performance Measures

• Content Creation (Researcher, Physic Therapist, Occupational

Therapist, Physician)

• Task Repository

• Game Author (Selection, Requirements, Pool)

• Runtime execution (Experience Engine [Bellotti 2009] , Task

Sequence, Game Engine)

Authoring

Execution

Task

Repositor

y

Experienc

e Engine

Task Pool

GAME





Suggested Game Composition

Task Layer

Mission Layer (Levels)

Objective Layer

Game

Objective I

Mission A

Task 1 Task 2

Mission B

Task 3 Task 4

Objective II

Mission C

Task 5 Task 6 Task 7

Game Play





Projeto STAR

Sistemas de Telereabilitação Assistida por Robôs



STAR - Teste.wmv

STAR - Teste.wmv



Projeto STAR



Video.wmv

Video.wmv



Projeto STAR – Questionário

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Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG





Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG

350370390410430450470490510530550

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Bal

l Sp

ee

d (

Pix

el/

s)

Game Session Sequence Number

Experimental Results - 5 Subjects

Sub#4

Sub#5

Sub#3

Sub#2

Sub#1




Grupo de MecatrônicaLaboratório de Reabilitação Robótica28/69

Game Client

Receiver

Dispatcher

Motor Controllers

Monitor

Server

Dispatcher

Receiver

MC 1

MC 2

Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores





Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores

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Integrando Robôs e Games

• Requisitos do Game– Jogos específicos para cada geração

– Crianças e adolescentes (Maior qualidade gráfico e realismosfísico)

• 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



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Grupo de Mecatrônica

Laboratório de Reabilitação Robótica

Reabilitação de Pacientes através

da Robótica e de Games

Kléber de Oliveira Andrade

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