A marcha humana: uma abordagem biomecânica

A análise biomecânica da marcha engloba, entre outros, dados cinemáticos, cinéticos e sinais electromiográficos, que, em conjunto, promovem a descrição do fenómeno da marcha. Neste trabalho é efectuada uma revisão dos estudos existentes que versam sobre os aspectos biomecânicos da marcha, de forma a perceber-se os componentes a ter em consideração na referida análise, bem como os modelos comuns que suportam achados experimentais. A análise efectuada permitiu verificar que a necessidade de redirecção da velocidade do centro de massa entre passos prediz um forte componente do dispêndio energético na marcha e que este, por sua vez, está associado à velocidade.

Caracterização cinética e cinemática da marcha de indivíduos adultos obesos

O presente estudo apresenta a caracterização cinemática e cinética da marcha de indivíduos obesos. Envolveu instrumentos como Pedar-Novel, para recolha de dados da pressão plantar; Plataforma Bertec 4060-10, para dados de Força de Reacção ao Solo (FRS), Câmaras digitais Sony, 50Hz para ângulos do pé; IPAQ para dados de actividade física. Foram seleccionados individuos com IMC≥30Kg/m2, para o grupo experimental e com IMC≤ 30Kg/m2 para o grupo controlo. Os resultados mostraram pelos valores de FRS e respectivos tempos de ocorrência que indivíduos obesos, quando comparados com indivíduos eutróficos, exercem forças superiores ocasionando uma sobrecarga mecânica ao nível do sistema músculo-esquelético.

Comportamento motor do tronco e membro superior, num sistema de posicionamento rígido e dinâmico, durante atividade

A funcionalidade dos indivíduos com Paralisia Cerebral está muitas vezes comprometida devido às alterações do movimento e do controlo postural. Dadas estas alterações, a posição de sentado oferece uma maior estabilidade sendo muitas das atividades de vida diária desempenhadas nesta posição. O objetivo mais importante de intervenção é obter o máximo de funcionalidade na posição de sentado, particularmente do membro superior. Este objectivo, na maioria das vezes, só pode ser atingido com o uso de sistemas de posicionamento que tentam colmatar as alterações posturais e do movimento. Assim, o objetivo deste estudo de caso é verificar se existem diferenças no comportamento motor do tronco e do membro superior, com um sistema de posicionamento rígido e com um sistema de posicionamento dinâmico, numa jovem com Paralisia Cerebral, aquando da ativação manual de um switch. Foi realizado um estudo de caso único em que foi feita uma análise cinemática do movimento do tronco e membro superior na ativação de um switch BigMack, em três posições de teste com distâncias diferentes. Simultaneamente mediu-se a distribuição do peso durante o movimento, através do mapa de pressão e foi registada, bilateralmente a atividade dos músculos trapézio (porção média), longuíssimo, recto abdominal e oblíquo externo. Os resultados obtidos apontam, neste caso em particular, para uma melhoria na qualidade do movimento e da distribuição de peso, com o sistema de posicionamento dinâmico, sem diferenças entre os dois sistemas relativamente à ativação muscular.

Diferença entre os géneros na análise cinemática e eletromiográfica do membro superior durante uma atividade diária de beber

As diferenças entre os géneros parecem surgir desde a origem da humanidade, quando a função do homem era caçar e da mulher fornecer cuidados às crianças e realizar trabalhos de cariz manual. O membro superior apresenta um papel primordial na execução da maioria das atividades relevantes para o ser humano, sendo pertinente a realização de avaliações mais objetivas do mesmo. Com a realização deste estudo pretendemos verificar se existem diferenças entre os géneros nos parâmetros eletromiográficos e cinemáticos do movimento durante uma atividade diária; perceber se os valores da eletromiografia e da cinemática do membro superior são dependentes do género à medida que a distância do objeto é alterada e ainda, levar a cabo a análise da atividade de beber. Para tal foram avaliados parâmetros de qualidade de movimento e parâmetros de recrutamento muscular em 15 indivíduos do género feminino e 15 indivíduos do género masculino com idades compreendidas entre os 18 e os 30 anos numa atividade de beber em três momentos diferentes. Para a análise cinemática foi utilizado o software Qualysis Motion Capture e para a análise eletromiográfica o software AcqKnowledge Analysis. Com os resultados obtidos constatamos que a percentagem de ativação muscular e os ângulos de flexão do ombro e flexão do cotovelo apresentam diferenças estatisticamente significativas (p<0.05) entre os géneros, sendo o grupo feminino a apresentar valores superiores. Aferiu-se também que a percentagem de ativação do músculo Deltoide Anterior parece ser influenciado pelo género (p<0.05) ao longo das três distâncias em estudo, sendo novamente o grupo feminino a apresentar valores superiores. Para além disto, aquando do movimento de alcançar, verificaram-se evidências estatísticas (p<0.05) do envolvimento do tronco em todas as distâncias de alcance do objeto, inclusive numa distância inferior ao comprimento do braço. Este estudo permitiu a descrição detalhada da eletromiografia e cinemática do movimento do membro superior de alcançar e transportar numa atividade diária, bem como uma comparação da mesma entre o grupo masculino e grupo feminino.

Influência de um programa de exercícios específicos em estudantes de violino

Introdução: A elevada prevalência de problemas musculosqueléticos relacionados com a performance musical (PMRPM) em estudantes universitários de música, sobretudo violinistas, justifica uma abordagem preventiva junto destes, nomeadamente, através do exercício. Este deve ser específico e baseado nos padrões de movimento durante a performance musical do violinista. Objetivos: verificar a influência de um programa de exercícios específicos (PEE) nos sintomas relacionados com a prática musical, na incapacidade funcional e na autoperceção da performance física e musical, em estudantes universitários de violino. Métodos: estudo quase-experimental baseado num estudo piloto com 24 estudantes para pesquisa da sintomatologia, e 4 para análise cinemática e cinética do gesto técnico. No estudo principal participaram 22 violinistas divididos equitativamente, e por disponibilidade, entre grupo experimental (GE) e grupo de controlo (GC). O GE realizou o PEE bissemanalmente, durante 8 semanas. No momento inicial e após 8 semanas, os participantes preencheram: Questionário de Performance (incluiu Escala Visual Analógica), Disabilities of the Arm, Shoulder and Hand, Oswestry Disability Index versão 2.0, Pain Catastrophizing Scale e Escala de Borg Modificada. Resultados: do estudo piloto constatou-se que os sintomas mais frequentes, dor e fadiga, localizavam-se na cintura escapular, ombros e coluna lombar; os ombros aparentavam maior risco de PMRPM; era necessário aumentar a endurance dos mobilizadores dos membros superiores (principalmente deltóide) e relaxar os estabilizadores da coluna cervical (sobretudo trapézio superior). No final do PEE, o GE apresentou significativamente melhores pontuações do que o GC na percentagem de violinistas com “dor na coluna lombar esquerda” (p=0,007), frequência da dor (U=8,5; W=29,5; p=0,016), número de locais com sintomas (U=18; W=84; p=0,003) e amplificação (U=26; W=92; p=0,021). Conclusão: Um PEE pode produzir efeitos positivos na diminuição dos sintomas relacionados com a prática musical e incapacidade funcional, e na melhoria de alguns parâmetros da performance física autoreportada, em estudantes universitários de violino.

Efeitos imediatos da mobilização com movimento na dor, Amplitude de movimento e actividade electromiográfica dos músculos da cintura escapular em indivíduos com síndrome do conflito subacromial

Introdução: A síndrome do conflito subacromial (SCSA) é a causa mais frequente de dor no ombro. Alterações na cinemática escapuloumeral e na activação dos músculos escapulares têm sido identificadas em pessoas com SCSA. A mobilização com movimento (MWM) é uma técnica de terapia manual, desenvolvida por Mulligan, que visa normalizar a cinemática articular. Objectivos: Determinar os efeitos imediatos da MWM na dor, na amplitude de movimento (ADM) de abdução no plano da escápula (APE), e na amplitude do sinal electromiográfico (EMG) do trapézio e grande dentado (GD), em pessoas com SCSA. Métodos: Foram incluídas no estudo 24 pessoas com SCSA, divididas de forma aleatória em 2 grupos de 12, MWM e Placebo. As medidas de resultados avaliadas foram: a dor nos testes de Neer e Hawkins-Kennedy; o limiar de dor à pressão; a ADM de APE até ao início da dor; e a percentagem da contracção isométrica voluntária máxima dos músculos trapézio (superior, médio e inferior) e GD. Resultados: A aplicação da MWM resultou numa significativa diferença, com redução da dor, no teste de Hawkins-Kennedy (p=0,028), num aumento do limiar de dor à pressão (p=0,002) e da ADM de APE até ao início da dor (p=0,010), e numa diminuição da actividade EMG do trapézio superior (TS), na fase concêntrica, abaixo dos 90˚ (p=0,028), comparativamente ao grupo Placebo. Foi, ainda, identificada uma diminuição estatisticamente significativa da actividade EMG do TS, nas restantes fases do movimento (p<0,05), um aumento do limiar de dor à pressão (p<0,001) e da ADM até ao início da dor (p=0,006) entre, antes e após a intervenção com MWM. Conclusão: A MWM poderá ser uma técnica efectiva em indivíduos com SCSA, pelos seus efeitos na redução de dor, aumento de ADM até ao início da dor e diminuição da actividade EMG do TS.

Simulação e controlo de veículos autónomos terrestres

A implementação e venda de robôs autónomos tem sido um sector que nos últimos anos tem adquirido cada vez mais quota no mercado, nomeadamente no sector militar, agrícola e da vigilância. Como tal, tem sido também de grande importância a capacidade de implementar e testar robôs por parte das entidades que os fabricam. Uma das formas que tem garantido o sucesso do desenvolvimento de robôs é a simulação prévia dos mesmos antes que estes passem a fase de produção. Sendo assim, o LSA como entidade de desenvolvimento de robôs autónomos, tem necessidade de adquirir um sistema que simule os robôs em desenvolvimento. O trabalho desta tese consiste na realização de um sistema que simule robôs autónomos terrestres de forma que se possa observar o comportamento da cinemática, dinânica e hardware dos robôs em ambiente 3D. Esta aplicação de simulação pode mais tarde ser utilizada pelo laboratório para testar missões, validar alterações de estrutura, sensores, etc. Para além disso, com recurso ao simulador Player/Stage/Gazebo testar o robô LINCE e implementar algoritmos de controlo para o mesmo. Os algoritmos de controlo implementados baseiam-se em primitivas de controlo básico para serem utilizadas pelo sistema de navegação e gerar trajectórias complexas. Os algoritmos desenvolvidos nesta tese baseiam-se nas equações cinemáticas do veículo estudado. Estes algoritmos depois de testados no simulador, poderão ser colocados no Hardware do robô. Desta forma consegue-se desenvolver algoritmos para determinado robô sem que este esteja operacional.

Desenvolvimento do sistema de controlo de um braço robotizado e respetiva interface com o utilizador

A robótica tem evoluído de forma significativa nos últimos anos e passa a ser indispensável em várias aplicações nas áreas da engenharia, aeronáutica, medicina, entre outras. O estado da arte do presente trabalho está dividido em duas partes, uma que aborda vários aspetos relacionados com a robótica e outra com os aspetos da fundamentação matemática por de trás da robótica, porque para controlar o robô é necessário implementar expressões matemáticas para o poder controlar. Neste trabalho é apresentado um sistema de controlo do braço robótico MENTOR e o desenvolvimento de uma interface para o utilizador. Para o controlo do braço robótico foi necessário calcular a cinemática direta e inversa, para que se possa obter os ângulos das juntas para uma dada posição ou qual é a posição final do braço robótico para um valor das juntas. O sistema é bastante flexível e foi desenvolvido para ser utilizado essencialmente para aprendizagem de robótica, podendo no entanto ser utilizado em outras aplicações.

Comparação de dois protocolos de reabilitação após reconstrução cirúrgica do ligamento cruzado anterior

Mestrado em Fisioterapia

A multi-objective approach for the motion planning of redundant manipulators

Kinematic redundancy occurs when a manipulator possesses more degrees of freedom than those required to execute a given task. Several kinematic techniques for redundant manipulators control the gripper through the pseudo-inverse of the Jacobian, but lead to a kind of chaotic inner motion with unpredictable arm configurations. Such algorithms are not easy to adapt to optimization schemes and, moreover, often there are multiple optimization objectives that can conflict between them. Unlike single optimization, where one attempts to find the best solution, in multi-objective optimization there is no single solution that is optimum with respect to all indices. Therefore, trajectory planning of redundant robots remains an important area of research and more efficient optimization algorithms are needed. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics of redundant manipulators, using a multi-objective genetic algorithm. This scheme combines the closed-loop pseudo-inverse method with a multi-objective genetic algorithm to control the joint positions. Simulations for manipulators with three or four rotational joints, considering the optimization of two objectives in a workspace without and with obstacles are developed. The results reveal that it is possible to choose several solutions from the Pareto optimal front according to the importance of each individual objective.

Modeling and control of a dragonfly-like robot

Dragonflies demonstrate unique and superior flight performances than most of the other insect species and birds. They are equipped with two pairs of independently controlled wings granting an unmatchable flying performance and robustness. In this paper, the dynamics of a dragonfly-inspired robot is studied. The system performance is analyzed in terms of time response and robustness. The development of computational simulation based on the dynamics of the robotic dragonfly allows the test of different control algorithms. We study different movements, the dynamics, and the level of dexterity in wing motion of the dragonfly. The results are positive for the construction of flying platforms that effectively mimic the kinematics and dynamics of dragonflies and potentially exhibit superior flight performance than existing flying platforms.

A fractional approach for the motion planning of redundant and hyper-redundant manipulators

The trajectory planning of redundant robots through the pseudoinverse control leads to undesirable drift in the joint space. This paper presents a new technique to solve the inverse kinematics problem of redundant manipulators, which uses a fractional differential of order α to control the joint positions. Two performance measures are defined to examine the strength and weakness of the proposed method. The positional error index measures the precision of the manipulator's end-effector at the target position. The repeatability performance index is adopted to evaluate if the joint positions are repetitive when the manipulator execute repetitive trajectories in the operational workspace. Redundant and hyper-redundant planar manipulators reveal that it is possible to choose in a large range of possible values of α in order to get repetitive trajectories in the joint space.

Evolutionary trajectory optimization for redundant robots

The trajectory planning of redundant robots is an important area of research and efficient optimization algorithms have been investigated in the last years. This paper presents a new technique that combines the closed-loop pseudoinverse method with genetic algorithms. In this case the trajectory planning is formulated as an optimization problem with constraints.

The 1998 Faial earthquake, Azores: Evidence for a transform fault associated with the Nubia-Eurasia plate boundary?

With very few exceptions, M > 4 tectonic earthquakes in the Azores show normal fault solution and occur away from the islands. Exceptionally, the 1998 shock was pure strike-slip and occurred within the northern edge of the Pico-Faial Ridge. Fault plane solutions show two possible planes of rupture striking ENE-WSW (dextral) and NNW-SSE (sinistral). The former has not been recognised in the Azores, but is parallel to the transform direction related to the relative motion between the Eurasia and Nubia plates. Therefore, the main question we address in the present study is: do transform faults related to the Eurasia/Nubia plate boundary exist in the Azores? Knowing that the main source of strain is related to plate kinematics, we conclude that the sinistral strike-slip NNW-SSE fault plane solution is not consistent with either the fault dip (ca. 65, which is typical of a normal fault) or the ca. ENE-WSW direction of maximum extension; both are consistent with a normal fault, as observed in most major earthquakes on faults striking around NNW-SSE in the Azores. In contrast, the dextral strike-slip ENE-WSW fault plane solution is consistent with the transform direction related to the anticlockwise rotation of Nubia relative to Eurasia. Altogether, tectonic data, measured ground motion, observed destruction, and modelling are consistent with a dextral strike-slip source fault striking ENE-WSW. Furthermore, the bulk clockwise rotation measured by GPS is typical of bookshelf block rotations observed at the termination of such master strike-slip faults. Therefore, we suggest that the 1998 earthquake can be related to the WSW termination of a transform (ENE-WSW fault plane solution) associated with the Nubia-Eurasia diffuse plate boundary. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.

An evolutionary approach for the motion planning of redundant and hyper-redundant manipulators

The trajectory planning of redundant robots is an important area of research and efficient optimization algorithms are needed. The pseudoinverse control is not repeatable, causing drift in joint space which is undesirable for physical control. This paper presents a new technique that combines the closed-loop pseudoinverse method with genetic algorithms, leading to an optimization criterion for repeatable control of redundant manipulators, and avoiding the joint angle drift problem. Computer simulations performed based on redundant and hyper-redundant planar manipulators show that, when the end-effector traces a closed path in the workspace, the robot returns to its initial configuration. The solution is repeatable for a workspace with and without obstacles in the sense that, after executing several cycles, the initial and final states of the manipulator are very close.