The presentation discusses rehabilitation robotics and games, covering definitions of robots, examples of rehabilitation robots like MIT-MANUS and Gentle, and a project called STAR that uses games and robots for patient rehabilitation.
Avanços da Telemedicina em dados | Regiane Spielmann
Reabilitação Robótica Games
1. Grupo de Mecatrônica
Universidade de São Paulo
Escola de Engenharia de São Carlos
Laboratório de Reabilitação Robótica
Reabilitação de Pacientes através
da Robótica e de Games
Kléber de Oliveira Andrade
pdjkleber@gmail.com
@pdjkleber
Orientador
Glauco Augusto de Paula Caurin
Campus Party Brasil
Fevereiro de 2012
3. Robô?
• Origem da palavra Robô
– O termo robot (robô) foi utilizado pela primeira vez pelo escritor
Karel Capek, em 1920, quando escreveu uma história com o
nome “Rossum’s Universal Robots”. Em tcheco a palavra robota
tem o significado de “trabalho escravo”.
• Dicionário
– 1. Aparelho mecânico que imita os movimentos humanos.
– 2. Fig. Pessoa sem vontade própria, geralmente sobre o
comando de outrem.
• Wikipedia
– Um robô (ou robot) é um dispositivo, ou grupo de dispositivos,
eletromecânicos ou biomecânicos capazes de realizar trabalhos
de maneira autônoma, pré-programada, ou através de controle
humano.
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4. Mito sobre os robôs
“Robôs irão roubar o seu emprego!”
• Agumento contrário: o corpo humano não foi
feito para suportar atividades repetitivas, ou que
requerem concentração continuada por várias
horas. O melhor lugar do homem é na tomada
de decisões e supervisão.
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5. Robótica (Ficção)
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6. Robótica (Realidade)
Honda (2011)
Sahin e Guvenc (2007)
Sony (2011)
iRobot (2011)
Krebs et al. (2008)
NÃO (2011)
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7. Linha do tempo da Robótica
• Fases da pesquisa em robótica
– Até os anos 80 (Promessas): em vinte anos, robôs
móveis poderão realizar qualquer tipo de tarefa de forma
segura, comunicar com os humanos e “protegê-los”.
– Anos 90 (Muito trabalho e desilusão): Grandes
desenvolvimento na área da robótica móvel, com
resultados experimentais tanto motivadores como
frustrantes. Expansão das modalidades de robôs.
– 2000 à atual (Amadurecimento): Mudança de foco, com
reforço
das
seguintes
qualidades;
assistência,
colaboração, tele-operação e entretenimento (Robôs de
serviços).
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8. O que são Robôs de Serviços?
• Robôs de Serviços
– Robôs de serviço são equipamentos que operam de forma
semi ou totalmente autônoma realizando serviços úteis ao
bem-estar dos seres humanos.
• Areas de aplicação (exemplos)
–
–
–
–
–
Robôs de domético (limpeza de casa, jardim, piscina, etc.)
Robôs de inspeção de cabos, dutos, etc.
Robôs médicos (assistentes de cirurgias, etc.)
Robôs assistivos (para auxiliar pessoas)
Robôs para entretenimento
• E a reabilitação?
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9. Reabilitação Robótica?
• Reabilitação
– É a área médica que tem por objetivo principal
restaurar as funções dos pacientes, o máximo
possível (Dikke Van Dalle).
• Reabilitação Robótica
– São robôs de serviços que operam de forma semi ou
totalmente autônoma prestando serviços úteis ao
bem-estar dos seres humanos com deficiências (R.q.
Van der Linde, 2003).
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10. Por que Reabilitação Robótica?
• Nós temos uma necessidade
crescente de tratamento
– Pessoas mais idosas
– Cada vez mais doentes
• Reabilitação Robótica pode ser
eficaz
–
–
–
–
Motivador
Preciso
Objetivo
Adaptativo
• Reabilitação Robótica também
permite atendimento domiciliar
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11. Questões Tecnicas
• Interação entre humanos e robôs
Humano
•
•
•
•
Robô
Que tipo de controle é necessário?
Como interagir com o robô?
Confiança
Segurança
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12. Tipos de controle de movimentos
Controle de
posição
Controle de
posição/força
Periódico
• Controle de posição
• Controle de força
• Impedância
• Admitância
• Intrinseco
• Forçado
• Balistico
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B
A
B
A
A=B
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13. Gentle
• Objetivo
– O objetivo do GENTLE estabelece práticas de
reabilitação para AVC, alterando a terapia para
acomodar o paciente.
• Controle de Adimitancia
4 DOF
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14. MIT MANUS
• Objetivo
– O objetivo do projeto é desenvolver, implementar e
testar um sistema robótico para fisioterapia e
reabilitação neurológica
• Controle
– Controle de impedância
• Produto comercial
3 DOF
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15. Rutgers Ankle
• Objetivo
– É para pacientes que necessitam de reablitação no tornozelo
joelho, tanto para diagnósticos ortopédicos e acidente vascular
cerebral.
6 DOF
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16. Lokomat
• Hocoma, Zurich
– Lesões na medula
espinhal
• Controle
– Controle de posição
(gerador de marcha)
• Produto Comercial
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17. Jogos para Saúde (Fisio - Exercícios)
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Wii Fit
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18. Jogos para Saúde (Fisio - Reabilitação)
Wii sendo usado para reabilitação
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19. Definições
• Computer Games
– Interactive, goal-oriented activity, with active agents to play against,
in which players (including active agents) can interfere with each
other
• Serious Games - entertainment is not the primary goal of
gaming
• Serious Games for our purposes – the rehabilitation is the
primary goal rather than entertainment;
– Content
• Rehabilitation (Health), Education, Advergames,
– Theory
• Physics, Art, Psychology, HCI, Cognition, Perception, Pedagogy
– Game Design
• Simulation, Programming, AI, 3D, Level Design
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20. Dividing the problem in Tasks
•
•
Task
Repositor
y
Task Pool
Experienc
e Engine
Games + Pedagogy
Games + Rehabilitation Protocols and Performance Measures
•
Content Creation (Researcher, Physic Therapist, Occupational
Therapist, Physician)
Task Repository
Authoring
•
•
Game Author (Selection, Requirements, Pool)
•
Runtime execution (Experience Engine [Bellotti 2009] , Task
Sequence, Game Engine)
Execution
GAME
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21. Suggested Game Composition
Game
Objective
I
Objective Layer
Mission
A
Mission Layer (Levels)
Task Layer
Task 1
Objective
II
Mission
B
Task 2
Task 3
Mission
C
Task 4
Task 5
Task 6
Task 7
Game Play
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22. Projeto STAR
Sistemas de Telereabilitação Assistida por Robôs
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23. Projeto STAR
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24. Projeto STAR
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25. Projeto STAR – Questionário
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26. Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG
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27. Projeto STAR – Adaptando uma partida de PONG
Ball Speed (Pixel/s)
Experimental Results - 5 Subjects
550
530
510
490
470
450
430
410
390
370
350
Sub#4
Sub#5
Sub#3
Sub#2
Sub#1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Game Session Sequence Number
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28. Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores
MC 1
Receiver
Game
Dispatcher
Client
Server
Dispatcher
Receiver
Motor
Controllers
Monitor
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MC 2
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29. Projeto STAR – Medindo o desempenho com 2 jogadores
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30. Integrando Robôs e Games
• Requisitos do Game
– Jogos específicos para cada geração
– Crianças e adolescentes (Maior qualidade gráfico e realismos
físico)
• Requisitos do robô
– Interatividade amigável para o usuário Robô assistivo
– Interação Homem-Máquina segura – estabilidade na presença de
contato com o ambiente (terapeuta-paciente)
– Tempo de confiabilidade, Real
– Integração de tecnologias
•
•
•
•
•
•
Wii Mote, Wii Balance Board
Kinect e Webcams
Cell Processor and GPUs
Motion Tracking (Rastreado de movimentos)
Speech + Touch + Motion Tracking + Biosensors
Keyboard, Joystick
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Laboratório de Reabilitação Robótica
31. Grupo de Mecatrônica
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Escola de Engenharia de São Carlos
Laboratório de Reabilitação Robótica
Reabilitação de Pacientes através
da Robótica e de Games
Kléber de Oliveira Andrade
pdjkleber@gmail.com
@pdjkleber
Orientador
Glauco Augusto de Paula Caurin
Campus Party Brasil
Fevereiro de 2012