Desenvolvimento de um sistema ótico para aplicação na monitoração da marcha humana

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Kamizi, Marcos Aleksandro
• Orientador(a): Muller, Márcia
• Banca de defesa: Kalinowski, Hypolito Jose , Arruda, Lucia Valeria Ramos de , Muller, Márcia , Giraldi, Maria Thereza Miranda Rocco , Nohama, Percy
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Tecnológica Federal do Paraná; Curitiba
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica e Informática Industrial
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Detectores ópticos; Curvatura; Marcha humana - Monitorização; Multiplexação; Processamento de sinais - Técnicas digitais; Análise de regressão; Mecânica humana; Pressão - Medição; Sistemas de controle biológico; Métodos de simulação; Optical detectors; Curvature; Gait in humans - Monitoring; Multiplexing; Signal processing - Digital technique; Regression analysis; Human mechanics; Pressure - Measurement; Biological control systems; Simulation methods
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
• Link de acesso: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/5297

Apresentam-se neste trabalho estudos sobre a capacidade de multiplexação e a aplicabilidade de sensores de macrocurvatura em fibras óticas. Os sensores são produzidos a partir da encapsulação de um anel de fibra em elastômero de silicone. O sensoriamento é baseado na detecção de mudanças na intensidade do sinal ótico transmitido por um único sensor ou por um conjunto de sensores, resultantes de alterações na geometria da macrocurvatura causadas por agentes externos. Foram desenvolvidos e testados na monitoração de parâmetros da marcha humana, dois sistemas de sensoriamento que usam a câmera de um smartphone para detectar o sinal ótico transmitido pelos sensores na região espectral do visível. No primeiro sistema explorou-se o potencial de sensoriamento de duas calcanheiras, cada uma contendo somente um sensor. O segundo sistema consistiu em um par de palmilhas, cada uma contendo três sensores. São relatados os detalhes do princípio de funcionamento, a produção da fonte e dos sensores óticos, o sistema de interrogação e a metodologia de processamento e análise de dados. Também são abordados os ensaios de caracterização e de testes, nos quais os sistemas foram acomodados dentro de calçados. Por meio dos ensaios, foi possível verificar a capacidade dos sistemas em identificar parâmetros espaciais e temporais relacionados a marcha, além das forças de reação do solo. Nesse sentido, o sistema contendo palmilhas identificou, em uma marcha simulada, o comprimento da passada de 1,27 m, o tempo do ciclo de marcha de 2,49 s, o tempo do passo de 1,25 s, o tempo de apoio duplo de 0,97 s, o tempo de apoio simples com 0,73 s, tempo de apoio de 1,70 s, a frequência da passada em 0,40 Hz, a velocidade da marcha de 0,51 m/s e a cadência com 48 passos/min. Adicionalmente foi explorada a capacidade de multiplexação dos sensores de macrocurvatura conectados em série por meio de um sistema de detecção de cargas contendo 6 sensores. Um modelo simples de regressão linear aplicado na análise dos espectros de transmissão fornecidos pelo sistema mostrouse capaz de estimar uma configuração desconhecida de cargas aplicada sobre os sensores. O sistema foi treinado e testado para um conjunto de 411 diferentes configurações de cargas. Na etapa de testes o erro absoluto médio foi de 0,12 kg que equivale a 7,8% da carga máxima de 1,5 kg por sensor. Por fim, conclui-se que os sistemas são de fácil produção e manipulação e por ser portátil, diferencia-se de outras técnicas, fornecendo flexibilidade de utilização na monitoração da marcha.