A comparison of time-motion performance between age groups in judo matches

The aim of this study was to compare time-motion indicators during judo matches performed by athletes from different age groups. The following age groups were analysed: Pre-Juvenile (13-14 years, n=522), Juvenile (15-16 years, n 353); Junior (19 years, n = 349) and Senior (>20 years, n = 587). The time-motion indicators included: Total Combat Time, Standing Combat Time, Displacement Without Contact, Gripping Time, Groundwork Combat Time and Pause Time. Analysis of variance (ANOVA) one-way and the Tukey test, as well as the Kruskal-Wallis test and Mann-Whitney (for non-parametric data), were conducted, using P < 0.05 as significance level. The results showed that all analysed groups obtained a median of 7 (first quantile - 3, third quantile - 12) sequences of combat/pause cycles. In total time of combat, the result was: for Total Combat Time, Standing Combat Time and Gripping Time: Pre-Juvenile and Senior were significantly longer than Juvenile and Junior. Considering Displacement Without Contact, Junior was significantly longer than all other age groups. For Groundwork Combat Time, Senior was significantly longer than all other age groups and Pre-Juvenile was longer than Junior. These results can be used to improve the physiological performance in intermittent practices, as well as technicaltactical training during judo sessions.

The complexity of motion in the Aristotelian Physics

The intention of this paper is to present some Aristotelian arguments regarding the motion on local terrestrial region. Because it is a highly sophisticated and complex explanation dealt with, briefly, the principles and causes that based theoretic sciences in general and in particular physics. Subdivided into eight topics this article in order to facilitate the understanding of these concepts for the reader not familiar with the Aristotelian texts. With intent to avoid an innocent view, anachronistic and linear the citations are of primary sources or commentators of Aristotle's works.

Analysis Methodology for Vortex-Induced Motion (VIM) of a Monocolumn Platform Applying the Hilbert-Huang Transform Method

Vortex-induced motion (VIM) is a highly nonlinear dynamic phenomenon. Usual spectral analysis methods, using the Fourier transform, rely on the hypotheses of linear and stationary dynamics. A method to treat nonstationary signals that emerge from nonlinear systems is denoted Hilbert-Huang transform (HHT) method. The development of an analysis methodology to study the VIM of a monocolumn production, storage, and offloading system using HHT is presented. The purposes of the present methodology are to improve the statistics analysis of VIM. The results showed to be comparable to results obtained from a traditional analysis (mean of the 10% highest peaks) particularly for the motions in the transverse direction, although the difference between the results from the traditional analysis for the motions in the in-line direction showed a difference of around 25%. The results from the HHT analysis are more reliable than the traditional ones, owing to the larger number of points to calculate the statistics characteristics. These results may be used to design risers and mooring lines, as well as to obtain VIM parameters to calibrate numerical predictions. [DOI: 10.1115/1.4003493]

Application of H-infinity Theory to a 6 DOF Flight Simulator Motion Base

The purpose of this study is to apply inverse dynamics control for a six degree of freedom flight simulator motion system. Imperfect compensation of the inverse dynamic control is intentionally introduced in order to simplify the implementation of this approach. The control strategy is applied in the outer loop of the inverse dynamic control to counteract the effects of imperfect compensation. The control strategy is designed using H-infinity theory. Forward and inverse kinematics and full dynamic model of a six degrees of freedom motion base driven by electromechanical actuators are briefly presented. Describing function, acceleration step response and some maneuvers computed from the washout filter were used to evaluate the performance of the controllers.

Motion-based wave estimation: Small-scale tests with a crane-barge model

This paper provides additional validation to the problem of estimating wave spectra based on the first-order motions of a moored vessel. Prior investigations conducted by the authors have attested that even a large-volume ship, such as an FPSO unit, could be adopted for on-board estimation of the wave field. The obvious limitation of the methodology concerns filtering of high-frequency wave components, for which the vessel has no significant response. As a result, the estimation range is directly dependent on the characteristics of the vessel response. In order to extend this analysis, further small-scale tests were performed with a model of a pipe-laying crane-barge. When compared to the FPSO case, the results attest that a broader range of typical sea states can be accurately estimated, including crossed-sea states with low peak periods. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Quantum motion in superposition of Aharonov-Bohm with some additional electromagnetic fields

The structure of additional electromagnetic fields to the Aharonov-Bohm field, for which the Schrodinger, Klein-Gordon, and Dirac equations can be solved exactly are described and the corresponding exact solutions are found. It is demonstrated that aside from the known cases (a constant and uniform magnetic field that is parallel to the Aharonov-Bohm solenoid, a static spherically symmetrical electric field, and the field of a magnetic monopole), there are broad classes of additional fields. Among these new additional fields we have physically interesting electric fields acting during a finite time or localized in a restricted region of space. There are additional time-dependent uniform and isotropic electric fields that allow exact solutions of the Schrodinger equation. In the relativistic case there are additional electric fields propagating along the Aharonov-Bohm solenoid with arbitrary electric pulse shape. (C) 2012 American Institute of Physics. [http://dx.doi.org/10.1063/1.4714352]

Modeling and Identification of an Open-frame Underwater Vehicle: The Yaw Motion Dynamics

A semi-autonomous unmanned underwater vehicle (UUV), named LAURS, is being developed at the Laboratory of Sensors and Actuators at the University of Sao Paulo. The vehicle has been designed to provide inspection and intervention capabilities in specific missions of deep water oil fields. In this work, a method of modeling and identification of yaw motion dynamic system model of an open-frame underwater vehicle is presented. Using an on-board low cost magnetic compass sensor the method is based on the utilization of an uncoupled 1-DOF (degree of freedom) dynamic system equation and the application of the integral method which is the classical least squares algorithm applied to the integral form of the dynamic system equations. Experimental trials with the actual vehicle have been performed in a test tank and diving pool. During these experiments, thrusters responsible for yaw motion are driven by sinusoidal voltage signal profiles. An assessment of the feasibility of the method reveals that estimated dynamic system models are more reliable when considering slow and small sinusoidal voltage signal profiles, i.e. with larger periods and with relatively small amplitude and offset.

Anisotropic Brownian motion in ordered phases of DNA fragments

Using Fluorescence Recovery After Photobleaching, we investigate the Brownian motion of DNA rod-like fragments in two distinct anisotropic phases with a local nematic symmetry. The height of the measurement volume ensures the averaging of the anisotropy of the in-plane diffusive motion parallel or perpendicular to the local nematic director in aligned domains. Still, as shown in using a model specifically designed to handle such a situation and predicting a non-Gaussian shape for the bleached spot as fluorescence recovery proceeds, the two distinct diffusion coefficients of the DNA particles can be retrieved from data analysis. In the first system investigated (a ternary DNA-lipid lamellar complex), the magnitude and anisotropy of the diffusion coefficient of the DNA fragments confined by the lipid bilayers are obtained for the first time. In the second, binary DNA-solvent system, the magnitude of the diffusion coefficient is found to decrease markedly as DNA concentration is increased from isotropic to cholesteric phase. In addition, the diffusion coefficient anisotropy measured within cholesteric domains in the phase coexistence region increases with concentration, and eventually reaches a high value in the cholesteric phase.

Space and Motion Perception and Discomfort in Air Travel

RAMOS RT, MATTOS DA, REBOUCAS ITS, RANVAUD RD. Space and motion perception and discomfort in air travel. Aviat Space Environ Med 2012; 83:1162-6. Introduction: The perception of comfort during air trips is determined by several factors. External factors like cabin design and environmental parameters (temperature, humidity, air pressure, noise, and vibration) interact with individual characteristics (anxiety traits, fear of flying, and personality) from arrival at the airport to landing at the destination. In this study, we investigated the influence of space and motion discomfort (SMD), fear of heights, and anxiety on comfort perception during all phases of air travel. Methods: We evaluated 51 frequent air travelers through a modified version of the Flight Anxiety Situations Questionnaire (FAS), in which new items were added and where the subjects were asked to report their level of discomfort or anxiety (not fear) for each phase of air travel (Chronbach's alpha = 0.974). Correlations were investigated among these scales: State-Trait Anxiety Inventory (STAB, Cohen's Acrophobia Questionnaire, and the Situational Characteristics Questionnaire (SitQ, designed to estimate SMD levels). Results: Scores of SitQ correlated with discomfort in situations involving space and movement perception (Pearson's rho = 0.311), while discomfort was associated with cognitive mechanisms related to scores in the anxiety scales (Pearson's rho = 0.375). Anxiety traits were important determinants of comfort perception before and after flight, while the influence of SMD was more significant during the time spent in the aircraft cabin. Discussion: SMD seems to be an important modulator of comfort perception in air travel. Its influence on physical well being and probably on cognitive performance, with possible effects on flight safety, deserves further investigation.

Diaphragmatic Breathing Training Program Improves Abdominal Motion During Natural Breathing in Patients With Chronic Obstructive Pulmonary Disease: A Randomized Controlled Trial

Yamaguti WP, Claudino RC, Neto AP, Chammas MC, Gomes AC, Salge TM, Moriya HT, Cukier A, Carvalho CR. Diaphragmatic breathing training program improves abdominal motion during natural breathing in patients with chronic obstructive pulmonary disease: a randomized controlled trial. Arch Phys Med Rehabil 2012;93:571-7. Objective: To investigate the effects of a diaphragmatic breathing training program (DBTP) on thoracoabdominal motion and functional capacity in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Design: A prospective, randomized controlled trial. Setting: Academic medical center. Participants: Subjects (N=30; forced expiratory volume in Is, 4270 +/- 13% predicted) were randomly allocated to either a training group (TG) or a control group (CG). Interventions: Subjects in the TG completed a 4-week supervised DBTP (3 individualized weekly sessions), while those in the CG received their usual care. Main Outcome Measures: Effectiveness was assessed by amplitude of the rib cage to abdominal motion ratio (RC/ABD ratio) (primary outcome) and diaphragmatic mobility (secondary outcome). The RC/ABD ratio was measured using respiratory inductive plethysmography during voluntary diaphragmatic breathing and natural breathing. Diaphragmatic mobility was measured by ultrasonography. A 6-minute walk test and health-related quality of life were also evaluated. Results: Immediately after the 4-week DBTP, the TG showed a greater abdominal motion during natural breathing quantified by a reduction in the RC/ABD ratio when compared with the CG (F=8.66; P<.001). Abdominal motion during voluntary diaphragmatic breathing after the intervention was also greater in the TG than in the CG (F=4.11; P<.05). The TG showed greater diaphragmatic mobility after the 4-week DBTP than did the CG (F=15.08; P<.001). An improvement in the 6-minute walk test and in health-related quality of life was also observed in the TG. Conclusions: DBTP for patients with chronic obstructive pulmonary disease induced increased diaphragm participation during natural breathing, resulting in an improvement in functional capacity.

Application of H∞ theory to a 6 DOF flight simulator motion base

The purpose of this study is to apply inverse dynamics control for a six degree of freedom flight simulator motion system. Imperfect compensation of the inverse dynamic control is intentionally introduced in order to simplify the implementation of this approach. The control strategy is applied in the outer loop of the inverse dynamic control to counteract the effects of imperfect compensation. The control strategy is designed using H∞ theory. Forward and inverse kinematics and full dynamic model of a six degrees of freedom motion base driven by electromechanical actuators are briefly presented. Describing function, acceleration step response and some maneuvers computed from the washout filter were used to evaluate the performance of the controllers.

A variational approach to camera motion smoothing

[EN] In this paper we study a variational problem derived from a computer vision application: video camera calibration with smoothing constraint. By video camera calibration we meanto estimate the location, orientation and lens zoom-setting of the camera for each video frame taking into account image visible features. To simplify the problem we assume that the camera is mounted on a tripod, in such case, for each frame captured at time t , the calibration is provided by 3 parameters : (1) P(t) (PAN) which represents the tripod vertical axis rotation, (2) T(t) (TILT) which represents the tripod horizontal axis rotation and (3) Z(t) (CAMERA ZOOM) the camera lens zoom setting. The calibration function t -> u(t) = (P(t),T(t),Z(t)) is obtained as the minima of an energy function I[u] . In thIs paper we study the existence of minima of such energy function as well as the solutions of the associated Euler-Lagrange equations.

3-D reconstruction of the human skeleton during motion

L’analisi del movimento umano ha come obiettivo la descrizione del movimento assoluto e relativo dei segmenti ossei del soggetto e, ove richiesto, dei relativi tessuti molli durante l’esecuzione di esercizi fisici. La bioingegneria mette a disposizione dell’analisi del movimento gli strumenti ed i metodi necessari per una valutazione quantitativa di efficacia, funzione e/o qualità del movimento umano, consentendo al clinico l’analisi di aspetti non individuabili con gli esami tradizionali. Tali valutazioni possono essere di ausilio all’analisi clinica di pazienti e, specialmente con riferimento a problemi ortopedici, richiedono una elevata accuratezza e precisione perché il loro uso sia valido. Il miglioramento della affidabilità dell’analisi del movimento ha quindi un impatto positivo sia sulla metodologia utilizzata, sia sulle ricadute cliniche della stessa. Per perseguire gli obiettivi scientifici descritti, è necessario effettuare una stima precisa ed accurata della posizione e orientamento nello spazio dei segmenti ossei in esame durante l’esecuzione di un qualsiasi atto motorio. Tale descrizione può essere ottenuta mediante la definizione di un modello della porzione del corpo sotto analisi e la misura di due tipi di informazione: una relativa al movimento ed una alla morfologia. L’obiettivo è quindi stimare il vettore posizione e la matrice di orientamento necessari a descrivere la collocazione nello spazio virtuale 3D di un osso utilizzando le posizioni di punti, definiti sulla superficie cutanea ottenute attraverso la stereofotogrammetria. Le traiettorie dei marker, così ottenute, vengono utilizzate per la ricostruzione della posizione e dell’orientamento istantaneo di un sistema di assi solidale con il segmento sotto esame (sistema tecnico) (Cappozzo et al. 2005). Tali traiettorie e conseguentemente i sistemi tecnici, sono affetti da due tipi di errore, uno associato allo strumento di misura e l’altro associato alla presenza di tessuti molli interposti tra osso e cute. La propagazione di quest’ultimo ai risultati finali è molto più distruttiva rispetto a quella dell’errore strumentale che è facilmente minimizzabile attraverso semplici tecniche di filtraggio (Chiari et al. 2005). In letteratura è stato evidenziato che l’errore dovuto alla deformabilità dei tessuti molli durante l’analisi del movimento umano provoca inaccuratezze tali da mettere a rischio l’utilizzabilità dei risultati. A tal proposito Andriacchi scrive: “attualmente, uno dei fattori critici che rallentano il progresso negli studi del movimento umano è la misura del movimento scheletrico partendo dai marcatori posti sulla cute” (Andriacchi et al. 2000). Relativamente alla morfologia, essa può essere acquisita, ad esempio, attraverso l’utilizzazione di tecniche per bioimmagini. Queste vengono fornite con riferimento a sistemi di assi locali in generale diversi dai sistemi tecnici. Per integrare i dati relativi al movimento con i dati morfologici occorre determinare l’operatore che consente la trasformazione tra questi due sistemi di assi (matrice di registrazione) e di conseguenza è fondamentale l’individuazione di particolari terne di riferimento, dette terne anatomiche. L’identificazione di queste terne richiede la localizzazione sul segmento osseo di particolari punti notevoli, detti repere anatomici, rispetto ad un sistema di riferimento solidale con l’osso sotto esame. Tale operazione prende il nome di calibrazione anatomica. Nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento viene implementata una calibrazione anatomica a “bassa risoluzione” che prevede la descrizione della morfologia dell’osso a partire dall’informazione relativa alla posizione di alcuni repere corrispondenti a prominenze ossee individuabili tramite palpazione. Attraverso la stereofotogrammetria è quindi possibile registrare la posizione di questi repere rispetto ad un sistema tecnico. Un diverso approccio di calibrazione anatomica può essere realizzato avvalendosi delle tecniche ad “alta risoluzione”, ovvero attraverso l’uso di bioimmagini. In questo caso è necessario disporre di una rappresentazione digitale dell’osso in un sistema di riferimento morfologico e localizzare i repere d’interesse attraverso palpazione in ambiente virtuale (Benedetti et al. 1994 ; Van Sint Jan et al. 2002; Van Sint Jan et al. 2003). Un simile approccio è difficilmente applicabile nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento, in quanto normalmente non si dispone della strumentazione necessaria per ottenere le bioimmagini; inoltre è noto che tale strumentazione in alcuni casi può essere invasiva. Per entrambe le calibrazioni anatomiche rimane da tenere in considerazione che, generalmente, i repere anatomici sono dei punti definiti arbitrariamente all’interno di un’area più vasta e irregolare che i manuali di anatomia definiscono essere il repere anatomico. L’identificazione dei repere attraverso una loro descrizione verbale è quindi povera in precisione e la difficoltà nella loro identificazione tramite palpazione manuale, a causa della presenza dei tessuti molli interposti, genera errori sia in precisione che in accuratezza. Tali errori si propagano alla stima della cinematica e della dinamica articolare (Ramakrishnan et al. 1991; Della Croce et al. 1999). Della Croce (Della Croce et al. 1999) ha inoltre evidenziato che gli errori che influenzano la collocazione nello spazio delle terne anatomiche non dipendono soltanto dalla precisione con cui vengono identificati i repere anatomici, ma anche dalle regole che si utilizzano per definire le terne. E’ infine necessario evidenziare che la palpazione manuale richiede tempo e può essere effettuata esclusivamente da personale altamente specializzato, risultando quindi molto onerosa (Simon 2004). La presente tesi prende lo spunto dai problemi sopra elencati e ha come obiettivo quello di migliorare la qualità delle informazioni necessarie alla ricostruzione della cinematica 3D dei segmenti ossei in esame affrontando i problemi posti dall’artefatto di tessuto molle e le limitazioni intrinseche nelle attuali procedure di calibrazione anatomica. I problemi sono stati affrontati sia mediante procedure di elaborazione dei dati, sia apportando modifiche ai protocolli sperimentali che consentano di conseguire tale obiettivo. Per quanto riguarda l’artefatto da tessuto molle, si è affrontato l’obiettivo di sviluppare un metodo di stima che fosse specifico per il soggetto e per l’atto motorio in esame e, conseguentemente, di elaborare un metodo che ne consentisse la minimizzazione. Il metodo di stima è non invasivo, non impone restrizione al movimento dei tessuti molli, utilizza la sola misura stereofotogrammetrica ed è basato sul principio della media correlata. Le prestazioni del metodo sono state valutate su dati ottenuti mediante una misura 3D stereofotogrammetrica e fluoroscopica sincrona (Stagni et al. 2005), (Stagni et al. 2005). La coerenza dei risultati raggiunti attraverso i due differenti metodi permette di considerare ragionevoli le stime dell’artefatto ottenute con il nuovo metodo. Tale metodo fornisce informazioni sull’artefatto di pelle in differenti porzioni della coscia del soggetto e durante diversi compiti motori, può quindi essere utilizzato come base per un piazzamento ottimo dei marcatori. Lo si è quindi utilizzato come punto di partenza per elaborare un metodo di compensazione dell’errore dovuto all’artefatto di pelle che lo modella come combinazione lineare degli angoli articolari di anca e ginocchio. Il metodo di compensazione è stato validato attraverso una procedura di simulazione sviluppata ad-hoc. Relativamente alla calibrazione anatomica si è ritenuto prioritario affrontare il problema associato all’identificazione dei repere anatomici perseguendo i seguenti obiettivi: 1. migliorare la precisione nell’identificazione dei repere e, di conseguenza, la ripetibilità dell’identificazione delle terne anatomiche e della cinematica articolare, 2. diminuire il tempo richiesto, 3. permettere che la procedura di identificazione possa essere eseguita anche da personale non specializzato. Il perseguimento di tali obiettivi ha portato alla implementazione dei seguenti metodi: • Inizialmente è stata sviluppata una procedura di palpazione virtuale automatica. Dato un osso digitale, la procedura identifica automaticamente i punti di repere più significativi, nella maniera più precisa possibile e senza l'ausilio di un operatore esperto, sulla base delle informazioni ricavabili da un osso digitale di riferimento (template), preliminarmente palpato manualmente. • E’ stato poi condotto uno studio volto ad indagare i fattori metodologici che influenzano le prestazioni del metodo funzionale nell’individuazione del centro articolare d’anca, come prerequisito fondamentale per migliorare la procedura di calibrazione anatomica. A tale scopo sono stati confrontati diversi algoritmi, diversi cluster di marcatori ed è stata valutata la prestazione del metodo in presenza di compensazione dell’artefatto di pelle. • E’stato infine proposto un metodo alternativo di calibrazione anatomica basato sull’individuazione di un insieme di punti non etichettati, giacenti sulla superficie dell’osso e ricostruiti rispetto ad un TF (UP-CAST). A partire dalla posizione di questi punti, misurati su pelvi coscia e gamba, la morfologia del relativo segmento osseo è stata stimata senza identificare i repere, bensì effettuando un’operazione di matching dei punti misurati con un modello digitale dell’osso in esame. La procedura di individuazione dei punti è stata eseguita da personale non specializzato nell’individuazione dei repere anatomici. Ai soggetti in esame è stato richiesto di effettuare dei cicli di cammino in modo tale da poter indagare gli effetti della nuova procedura di calibrazione anatomica sulla determinazione della cinematica articolare. I risultati ottenuti hanno mostrato, per quel che riguarda la identificazione dei repere, che il metodo proposto migliora sia la precisione inter- che intraoperatore, rispetto alla palpazione convenzionale (Della Croce et al. 1999). E’ stato inoltre riscontrato un notevole miglioramento, rispetto ad altri protocolli (Charlton et al. 2004; Schwartz et al. 2004), nella ripetibilità della cinematica 3D di anca e ginocchio. Bisogna inoltre evidenziare che il protocollo è stato applicato da operatori non specializzati nell’identificazione dei repere anatomici. Grazie a questo miglioramento, la presenza di diversi operatori nel laboratorio non genera una riduzione di ripetibilità. Infine, il tempo richiesto per la procedura è drasticamente diminuito. Per una analisi che include la pelvi e i due arti inferiori, ad esempio, l’identificazione dei 16 repere caratteristici usando la calibrazione convenzionale richiede circa 15 minuti, mentre col nuovo metodo tra i 5 e i 10 minuti.

Motion control and real-time systems: an approach to trajectory rebuilding in non-deterministic networks

Motion control is a sub-field of automation, in which the position and/or velocity of machines are controlled using some type of device. In motion control the position, velocity, force, pressure, etc., profiles are designed in such a way that the different mechanical parts work as an harmonious whole in which a perfect synchronization must be achieved. The real-time exchange of information in the distributed system that is nowadays an industrial plant plays an important role in order to achieve always better performance, better effectiveness and better safety. The network for connecting field devices such as sensors, actuators, field controllers such as PLCs, regulators, drive controller etc., and man-machine interfaces is commonly called fieldbus. Since the motion transmission is now task of the communication system, and not more of kinematic chains as in the past, the communication protocol must assure that the desired profiles, and their properties, are correctly transmitted to the axes then reproduced or else the synchronization among the different parts is lost with all the resulting consequences. In this thesis, the problem of trajectory reconstruction in the case of an event-triggered communication system is faced. The most important feature that a real-time communication system must have is the preservation of the following temporal and spatial properties: absolute temporal consistency, relative temporal consistency, spatial consistency. Starting from the basic system composed by one master and one slave and passing through systems made up by many slaves and one master or many masters and one slave, the problems in the profile reconstruction and temporal properties preservation, and subsequently the synchronization of different profiles in network adopting an event-triggered communication system, have been shown. These networks are characterized by the fact that a common knowledge of the global time is not available. Therefore they are non-deterministic networks. Each topology is analyzed and the proposed solution based on phase-locked loops adopted for the basic master-slave case has been improved to face with the other configurations.