Development of a system to monitor surfer’s balance and plantar pressure and surfboard’s movement

O uso da tecnologia tem crescido nas últimas décadas nas mais diversas áreas, seja na indústria ou no dia-a-dia, e é cada vez mais evidente os benefícios que traz. No desporto não é diferente. Cada dia surgem novos desenvolvimentos objetivando a melhoria do desempenho dos praticantes de atividades físicas, possibilitando atingir resultados nunca antes pensados. Além disto, a utilização da tecnologia no desporto permite a obtenção de dados biomecânicos que podem ser utilizados tanto no treinamento quando na melhoria da qualidade de vida dos atletas auxiliando na prevenção de lesões, por exemplo. Deste modo, o presente projeto se aplica na área do desporto, nomeadamente, na modalidade do surfe, onde a ausência de trabalhos científicos ainda é elevada, aliando a tecnologia eletrônica ao desporto para quantificar informações até então desconhecidas. Três fatores básicos de desempenho foram levantados, sendo eles: equilíbrio, posicionamento dos pés e movimentação da prancha de surfe. Estes fatores levaram ao desenvolvimento de um sistema capaz de medi-los dinamicamente através da medição das forças plantares e da rotação da prancha de surfe. Além da medição dos fatores, o sistema é capaz de armazenar os dados adquiridos localmente através de um cartão de memória, para posterior análise; e também enviá-los através de uma comunicação sem fio, permitindo a visualização do centro de pressões plantares; dos ângulos de rotação da prancha de surfe; e da ativação dos sensores; em tempo real. O dispositivo consiste em um sistema eletrônico embarcado composto por um microcontrolador ATMEGA1280; um circuito de aquisição e condicionamento de sinal analógico; uma central inercial; um módulo de comunicação sem fio RN131; e um conjunto de sensores de força Flexiforce. O firmware embarcado foi desenvolvido em linguagem C. O software Matlab foi utilizado para receção de dados e visualização em tempo real. Os testes realizados demostraram que o funcionamento do sistema atende aos requisitos propostos, fornecendo informação acerca do equilíbrio, através do centro de pressões; do posicionamento dos pés, através da distribuição das pressões plantares; e do movimento da prancha nos eixos pitch e roll, através da central inercial. O erro médio de medição de força verificado foi de -0.0012 ± 0.0064 N, enquanto a mínima distância alcançada na transmissão sem fios foi de 100 m. A potência medida do sistema foi de 330 mW.

Soleus activity in post-stroke subjects: movement sequence from standing to sitting

O documento em anexo encontra-se na versão post-print (versão corrigida pelo editor).

Eficácia do Constraint-Induced Movement Therapy, em utentes com sequelas de Acidente Vascular Encefálico, até 9 meses

O Acidente Vascular Encefálico é uma das principais causas de morte, tornando-se cada vez mais iminente processos de reabilitação que minimizem as sequelas, nomeadamente as limitações do membro superior que dificultam o envolvimento em atividades da vida diária. O Constraint-Induced Movement Therapy, surge como uma abordagem que incrementa o uso do membro superior mais afetado. A presente investigação trata-se de um estudo de casos múltiplos. Pretende-se verificar se existem melhorias na funcionalidade do membro superior mais afetado, analisar em que atividades da vida diária são visíveis melhorias funcionais e compreender se o maior envolvimento nas atividades diárias está diretamente relacionado com a melhoria na capacidade funcional. Pretende-se ainda que os valores obtidos no Wolf Motor Function Test sejam um contributo para a sua validação para a população portuguesa. Utilizou-se um questionário para recolha de dados pessoais e clínicos (amplitudes de movimento, dor e espasticidade); o Wolf Motor Function Test e o Action Research Arm Test para verificar a funcionalidade do membro superior mais afetado; e a Motor Activity Log que avalia o envolvimento em atividades da vida diária. O grupo é constituído por 3 utentes que sofreram um primeiro Acidente Vascular Encefálico até 9 meses de evolução, internados na Santa Casa da Misericórdia de Monção e que cumpriam os critérios de inclusão. O programa foi implementado três horas/dia, durante 10 dias, mantendo a restrição no membro superior menos afetado durante 90% do dia acordado. Como se trata de um estudo de casos múltiplos, analisou-se cada participante individualmente e verificou-se a diferença entre os resultados finais e iniciais para cada uma das variáveis. Os resultados obtidos revelam ganhos na amplitude de movimento, velocidade de execução e capacidade funcional do membro superior mais afetado, nomeadamente nas funções de preensão e pinça da mão, bem como se testemunhou minimização do fenómeno learned nonuse. Verificaram-se ganhos funcionais em todos os participantes nas atividades da vida diária apesar de serem diferentes de participante para participante. Dois participantes afirmaram que voltariam a participar no programa.Conclui-se, assim que a técnica resulta em ganhos funcionais nestes utentes, indicando um caminho alternativo a outras abordagens de reabilitação.

Inperlys – independente personal location system

O desenvolvimento de sistemas de localização pedestre com recurso a técnicas de dead reckoning tem mostrado ser uma área em expansão no mundo académico e não só. Existem algumas soluções criadas, no entanto, nem todas as soluções serão facilmente implementadas no mercado, quer seja pelo hardware caro, ou pelo sistema em si, que é desenvolvido tendo em conta um cenário em particular. INPERLYS é um sistema que visa apresentar uma solução de localização pedestre, independentemente do cenário, utilizando recursos que poderão ser facilmente usados. Trata-se de um sistema que utiliza uma técnica de dead reckonig para dar a localização do utilizador. Em cenários outdoor, um receptor GPS fornece a posição do utilizador, fornecendo uma posição absoluta ao sistema. Quando não é possível utilizar o GPS, recorre-se a um sensor MEMS e a uma bússola para se obter posições relativas à última posição válida do GPS. Para interligar todos os sensores foi utilizado o protocolo de comunicações sem fios ZigBee™. A escolha recaiu neste protocolo devido a factores como os seus baixos consumos e o seu baixo custo. Assim o sistema torna-se de uso fácil e confortável para o utilizador, ao contrário de sistemas similares desenvolvidos, que utilizam cabos para interligarem os diferentes componentes do sistema. O sensor MEMS do tipo acelerómetro tem a função de ler a aceleração horizontal, ao nível do pé. Esta aceleração será usada por um algoritmo de reconhecimento do padrão das acelerações para se detectar os passos dados. Após a detecção do passo, a aceleração máxima registada nesse passo é fornecida ao coordenador, para se obter o deslocamento efectuado. Foram efectuados alguns testes para se perceber a eficiência do INPERLYS. Os testes decorreram num percurso plano, efectuados a uma velocidade normal e com passadas normais. Verificou-se que, neste momento, o desempenho do sistema poderá ser melhorado, quer seja a nível de gestão das comunicações, quer a nível do reconhecimento do padrão da aceleração horizontal, essencial para se detectar os passos. No entanto o sistema é capaz de fornecer a posição através do GPS, quando é possível a sua utilização, e é capaz de fornecer a orientação do movimento.

Sulfadiazine-potentiometric sensors for flow and batch determinations of sulfadiazine in drugs and biological fluids

New PVC membrane electrodes for the determination of sulfadiazine (SDZ) are presented. The electrodes are fabricated with conventional and tubular configurations with a graphite-based electrical contact, and no internal reference solution. The selective membranes consist of bis(triphenylphosphoranilidene)ammonium·SDZ (electrode A), tetraoctylammonium bromide (electrode B), or iron(II)-phthalocyanine (FePC) (electrode C) electroactive materials dispersed in a PVC matrix of o-nitrophenyl octyl ether (o-NPOE) plasticizer. The sensors A, B, and C displayed linear responses over the concentration ranges 1.0*10-2 – 1.0*10–5, 1.0*10–2 – 7.5*10–6, and 3.2*10–2 – 7.0* 10–6 mol l–1 (detection limits of 1.09, 2.04 and 0.87 mg ml–1) with anionic slopes of –57.3 ± 0.1, –46.7 ± 0.5, and –65.1 ± 0.2 mV decade–1, respectively. No effect from pH was observed within 4.0 – 5.5, 4.8 – 10, and 4.5 – 8, respectively, and good selectivity was found. The sensors were applied to the analysis of pharmaceuticals and biological fluids in steady state and in flow conditions.

Biomimetic norfloxacin sensors made of molecularly-imprinted materials for potentiometric transduction

A biomimetic sensor for norfloxacin is presented that is based on host-guest interactions and potentiometric transduction. The artificial host was imprinted into polymers made from methacrylic acid and/or 2-vinyl pyridine. The resulting particles were entrapped in a plasticized poly(vinyl chloride) (PVC) matrix. The sensors exhibit near-Nernstian response in steady state evaluations, and detection limits range from 0.40 to 1.0 μgmL−1, respectively, and are independent of pH values at between 2 and 6, and 8 and 11, respectively. Good selectivity was observed over several potential interferents. In flowing media, the sensors exhibit fast response, a sensitivity of 68.2 mV per decade, a linear range from 79 μM to 2.5 mM, a detection limit of 20 μgmL−1, and a stable baseline. The sensors were successfully applied to field monitoring of norfloxacin in fish samples, biological samples, and pharmaceutical products

New biomimetic sensors for the determination of tetracycline in biological samples: batch and flow mode operations

New potentiometric membrane sensors with cylindrical configuration for tetracycline (TC) are described based on the use of a newly designed molecularly imprinted polymer (MIP) material consisting of 2-vinylpyridine as a functional monomer in a plasticized PVC membrane. The sensor exhibited significantly enhanced response towards TC over the concentration range 1.59 10 5–1.0 10 3 mol L 1 at pH 3–5 with a lower detection limit of 1.29 10 5 mol L 1. The response was near-Nernstian, with average slopes of 63.9 mV decade 1. The effect of lipophilic salts and various foreign common ions were tested and were found to be negligible. The possibility of applying the proposed sensor to TC determination in spiked biological fluid samples was demonstrated.

Sensors for the detection and quantification of bacterial contamination in water for human use

The deterioration of water quality by Cyanobacteria cause outbreaks and epidemics associated with harmful diseases in Humans and animals because of the toxins that they release. Microcystin-LR is one of the hepatotoxins most widely studied and the World Health Organization, recommend a maximum value of 1mgL 1 in drinking water. Highly specific recognition molecules, such as molecular imprinted polymers are developed to quantify microcystins in waters for human use and shown to be of great potential in the analysis of these kinds of samples. The obtained results were auspicious, the detection limit found, 1.5mgL 1, being of the same order of magnitude as the guideline limit recommended by the WHO. This technology is very promising because the sensors are stable and specific, and the technology is inexpensive and allows for rapid on-site monitoring.

Novel potentiometric sensors of molecular imprinted polymers for specific binding of chlormequat

Molecularly imprinted polymers (MIP) were used as potentiometric sensors for the selective recognition and determination of chlormequat (CMQ). They were produced after radical polymerization of 4-vinyl pyridine (4-VP) or methacrylic acid (MAA) monomers in the presence of a cross-linker. CMQwas used as template. Similar nonimprinted (NI) polymers (NIP) were produced by removing the template from reaction media. The effect of kind and amount of MIP or NIP sensors on the potentiometric behavior was investigated. Main analytical features were evaluated in steady and flow modes of operation. The sensor MIP/4-VP exhibited the best performance, presenting fast near-Nernstian response for CMQover the concentration range 6.2×10-6 – 1.0×10-2 mol L-1 with detection limits of 4.1×10-6 mol L-1. The sensor was independent from the pH of test solutions in the range 5 – 10. Potentiometric selectivity coefficients of the proposed sensors were evaluated over several inorganic and organic cations. Results pointed out a good selectivity to CMQ. The sensor was applied to the potentiometric determination of CMQin commercial phytopharmaceuticals and spiked water samples. Recoveries ranged 96 to 108.5%.

Towards a reliable technology for antioxidant capacity and oxidative damage evaluation: Electrochemical (bio)sensors

To counteract and prevent the deleterious effect of free radicals the living organisms have developed complex endogenous and exogenous antioxidant systems. Several analytical methodologies have been proposed in order to quantify antioxidants in food, beverages and biological fluids. This paper revises the electroanalytical approaches developed for the assessment of the total or individual antioxidant capacity. Four electrochemical sensing approaches have been identified, based on the direct electrochemical detection of antioxidant at bare or chemically modified electrodes, and using enzymatic and DNA-based biosensors.

Biomimetic sensors of molecularly-imprinted polymers for chlorpromazine determination

A new man-tailored biomimetic sensor for Chlorpromazine host-guest interactions and potentiometric transduction is presented. The artificial host was imprinted within methacrylic acid, 2-vinyl pyridine and 2-acrylamido-2-methyl-1-propanesulfonic acid based polymers. Molecularly imprinted particles were dispersed in 2-nitrophenyloctyl ether and entrapped in a poly(vinyl chloride) matrix. Slopes and detection limits ranged 51–67 mV/decade and 0.46–3.9 μg/mL, respectively, in steady state conditions. Sensors were independent fromthe pHof test solutionswithin 2.0–5.5.Good selectivitywas observed towards oxytetracycline, doxytetracycline, ciprofloxacin, enrofloxacin, nalidixic acid, sulfadiazine, trimethoprim, glycine, hydroxylamine, cysteine and creatinine. Analytical features in flowing media were evaluated on a double-channel manifold, with a carrier solution of 5.0×10−2 mol/L phosphate buffer. Near-Nernstian response was observed over the concentration range 1.0×10−4 to 1.0×10−2 mol/L. Average slopes were about 48 mV/decade. The sensors were successfully applied to field monitoring of CPZ in fish samples, offering the advantages of simplicity, accuracy, automation feasibility and applicability to complex samples.

FIA potentiometric system based on periodate polymeric membrane sensors for the assessment of ascorbic acid in commercial drinks

Ascorbic acid is found in many food samples. Its clinical and technological importance demands an easyto- use, rapid, robust and inexpensive method of analysis. For this purpose, this work proposes a new flow procedure based on the oxidation of ascorbic acid by periodate. A new potentiometric periodate sensor was constructed to monitor this reaction. The selective membranes were of PVC with porphyrin-based sensing systems and a lipophilic cation as additive. The sensor displayed a near-Nernstian response for periodate over 1.0x10-2–6.0x10-6 M, with an anionic slope of 73.9 ± 0.9 mV decade-1. It was pH independent in acidic media and presented good selectivity features towards several inorganic anions. The flow set-up operated in double-channel, carrying a 5.0x10-4 M IO- 4 solution and a suitable buffer; these were mixed in a 50-cm reaction coil. The overall flow rate was 7 ml min-1 and the injection volume 70 µl. Under these conditions, a linear behaviour against concentration was observed for 17.7–194.0 µg ml-1, presenting slopes of 0.169 mV (mg/l)-1, a reproducibility of ±1.1 mV (n = 5), and a sampling rate of ~96 samples h-1. The proposed method was applied to the analysis of beverages and pharmaceuticals.

Anticipatory postural adjustments during sitting reach movement in post-stroke subjects

The study assessed the effect of velocity of arm movement on the generation of APAs in the contralateral and ipsilateral muscles of individuals with stroke in the sitting position. In the sitting position, 10 healthy and 8 post-stroke subjects reached for an object placed at the scapular plane and mid-sternum height at self-selected and fast velocities. Electromyography was recorded from the anterior deltoid (AD), upper (UT) and lower trapezius (LT), and latissimus dorsi (LD). Kinematic analysis was used to assess peak velocity and trunk displacement. Post-stroke subjects presented a delay of APAs on both sides of the body compared to healthy subjects. Differences were found between the timing of APAs on the ipsilateral and contralateral LD and LT in both movement speeds and in the ipsilateral UT during movement of the non-affected arm at a self-selected velocity. A delay in the contralateral LD in the reaching movement with the non-affected arm at fast velocity was also observed. Trunk displacement was greater in post-stroke subjects. In the sitting position, APAs were delayed in both fast and self-selected movements on both sides in post-stroke subjects, which also presented a higher trunk displacement.

Fractional dynamics in liquid manipulation

This paper presents a fractional calculus perspective in the study of signals captured during the movement of a mechanical manipulator carrying a liquid container. In order to study the signals an experimental setup is implemented. The system acquires data from the sensors, in real time, and, in a second phase, processes them through an analysis package. The analysis package runs off-line and handles the recorded data. The results show that the Fourier spectrum of several signals presents a fractional behavior. The experimental study provides useful information that can assist in the design of a control system and the trajectory planning to be used in reducing or eliminating the effect of vibrations.

A multidimensional scaling classification of robotic sensors

This chapter analyzes the signals captured during impacts and vibrations of a mechanical manipulator. Eighteen signals are captured and several metrics are calculated between them, such as the correlation, the mutual information and the entropy. A sensor classification scheme based on the multidimensional scaling technique is presented.