cpbr2012 - reabilitação de pacientes através da robótica e de games
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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
pdjkleber@gmail.com
@pdjkleber
Orientador
Glauco Augusto de Paula Caurin
Campus Party Brasil
Fevereiro de 2012
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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Grupo de MecatrônicaLaboratório de Reabilitação Robótica
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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Grupo de MecatrônicaLaboratório de Reabilitação Robótica
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
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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
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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
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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
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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
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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
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Jogos para Saúde (Fisio - Reabilitação)
Wii sendo usado para reabilitação
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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
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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
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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
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Projeto STAR
Sistemas de Telereabilitação Assistida por Robôs
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Projeto STAR
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Grupo de MecatrônicaLaboratório de Reabilitação Robótica
Projeto STAR
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Projeto STAR – Questionário
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Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG
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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
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Game Client
Receiver
Dispatcher
Motor Controllers
Monitor
Server
Dispatcher
Receiver
MC 1
MC 2
Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores
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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
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
pdjkleber@gmail.com
@pdjkleber
Orientador
Glauco Augusto de Paula Caurin
Campus Party Brasil
Fevereiro de 2012
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