Desenvolvimento de um sistema de controle aplicado a uma prótese ativa de joelho - CAMPOS, Raíssa Ferraz (2020)
No Brasil o número de ablações de membros inferiores realizadas na rede pública de saúde é predominante entre as cirurgias deste tipo, sendo as amputações feitas entre o joelho e a articulação do quadril – designadas amputações transfemurais – as de maior incidência. Equilíbrio e estabilidade passam a ser novos obstáculos após uma cirurgia como esta. A tentativa de compensação da perda do membro faz com que a biomecânica corporal seja afetada; além disso, uma privação da mobilidade do paciente indubitavelmente ocorre, influenciando diretamente a sua qualidade de vida. Ao longo dos anos, as investidas na devolução da qualidade de vida aos pacientes amputados transfemurais ganharam mais forma. Vislumbrando suprir a perda do membro ou, ao menos, atenuar as influências na biomecânica corporal, inúmeras pesquisas têm sido realizadas no campo do desenvolvimento de próteses, inclusive de joelho. As próteses de membros podem ser de três tipos: passiva, semi-ativa e ativa. No fim, o que se pretende é que elas proporcionem ao indivíduo uma experiência próxima ao natural, tanto quanto possível; para tal finalidade, as próteses ativas são as mais eficientes. Os fluidos magneto-reológicos são uma classe de materiais inteligentes, cuja principal característica é passar do estado líquido para semi-sólido por meio da aplicação de um campo magnético. Suas vantagens fazem com que sua utilização seja bastante promissora em diversas aplicações, como nos dispositivos protéticos. O presente estudo traz a elaboração de um sistema de controle de um joelho magnetoreológico que, com a utilização de técnicas de controle preditivo e redes neurais, visa ser posteriormente implementado em uma prótese transfemural ativa. As habilidades de aprendizado, previsão e auto-organização, aliadas à capacidade de predição e garantia de comportamento do sistema dentro do horizonte de previsão, possibilitam o refinamento do controle do sistema. A fim de atestar seu correto funcionamento são feitos os controles de torque e de posição do joelho, que, atuando como sub-sistemas, são responsáveis por assegurar que o motor tenha condições de proporcionar torque suficiente para realização dos movimentos e que a perna possa ser adequadamente posicionada durante todo o ciclo de marcha. Os dois subsistemas, atuando simultânea e compassadamente, garantem que todos os requisitos do sistema sejam satisfeitos. Diferentes arranjos de redes são testados utilizando camadas Long Short-Term Memory, Gated Recurrent Unit e camadas recorrentes simples. Os resultados mostram que o controle do joelho é alcançado fazendo uso das técnicas apresentadas, demonstrando que sua aplicação em próteses é factível e promissora.