Exobike: equipamento biomecânico para apoio à reabilitação
Projeto multidisciplinar é liderado por docente do ISEC
O projeto Exobike resulta de uma sequência de projetos de investigação aplicada desenvolvidos no laboratório de biomecânica aplicada, com destaque para a interação deste laboratório com o Hospital Rovisco Pais. Trata-se de um projeto multidisciplinar, que envolve docentes e alunos de vários domínios da engenharia, nomeadamente Engenharia Mecânica, Informática, Biomédica e Eletrotécnica, assim como do domínio da Matemática.
Além do grupo de docentes e alunos do ISEC associados à engenharia e matemática, o projeto é integrado também por uma equipa de dois médicos especialistas em medicina física e de reabilitação do Hospital Rovisco Pais, parceiro do projeto. O projeto envolve ainda uma equipa do CASPAE, que também é parceiro do projeto, com a participação de uma Psicóloga e de uma Assistente Social desta associação. Está ainda envolvido no projeto um docente do Instituto Politécnico de Tomar, também parceiro do projeto.
O conceito associado ao projeto Exobike envolve a utilização de uma estrutura semelhante a uma bicicleta fixa, com a inserção de diversos sensores e atuadores e que pretende reagir dinamicamente à atividade do seu utilizador. Os movimentos e forças executadas pelos pacientes são monitorizados com sensores sem fi os e com uma solução de realidade virtual que permite colocar os utilizadores perante situações correlacionadas com a realidade. O sistema possui ainda a capacidade de recolher, armazenar e tratar dados, que podem posteriormente ser analisados por profissionais qualificados.
O sistema proposto permite realizar o controlo de movimentos, com destaque para a postura corporal e posicionamento dos membros inferiores, assim como monitorizar as forças aplicadas durante a pedalada, tanto nos pedais como no guiador e no assento da bicicleta, que correspondem às três zonas de distribuição de massa pelo utilizador. Para isso foram desenvolvidos pedais com características especiais, onde estão inseridos sensores de força, conhecidos como “células de carga”, que permitem a quantificação em tempo real da força que está a ser exercida. Para a quantificação da força no assento foi desenvolvido um selim especial, com a inserção de três células de carga, que permitem de um modo simples avaliar o desequilíbrio na distribuição da massa durante a pedalada.
Para a quantificação das forças no guiador recorre-se à informação estrutural associada ao guiador, que está instrumentado com sensores de deformação, conhecidos como “extensómetros”. A identificação do movimento e da posição dos membros é garantida através de sensores inerciais, também conhecidos como “unidades de massa inercial”. Complementarmente a estes sensores que incorporam a Exobike, podem ser utilizados outro tipo de sensores para monitorização e segurança, como por exemplo o batimento cardíaco. Os dados recolhidos a partir dos sensores convergem numa unidade de processamento através de uma rede de sensores sem fios.
Pretende-se que a ExoBike permita aos profissionais médicos aplicar terapias associadas à reabilitação físico-motora de pacientes, em que o esforço solicitado possa ser adaptado. Assim, a intensidade dos movimentos pode ser ajustada pela equipa médica colocando o sistema a interagir com os pacientes.
Para isso, foi desenvolvida uma aplicação de realidade virtual, que envolve um cenário exterior com estradas e caminhos que simulam um percurso em bicicleta com difi culdades ajustáveis. O sistema biomecânico proposto recorre a realidade virtual para garantir aos pacientes estímulos correlacionados com a realidade, numa linha de biofeedback. O sistema inclui ainda uma interface informática de computador, integralmente desenvolvida para registo e análise dos dados recolhidos, com a garantia de cumprimento da proteção de dados dos utilizadores.
Segundo Luís Roseiro, coordenador do projeto, “estes sistemas biomecânicos são importantes para implementação tanto no apoio à reabilitação físico-motora e monitorização da locomoção de pacientes como em situações que envolvam uma componente ocupacional com motivação para o movimento físico, como é o caso de centros de atividades para idosos”. Por exemplo, na reabilitação físico-motora de pessoas que tenham sofrido um acidente vascular cerebral ou sofram de alguma incapacidade permanente são usadas frequentemente soluções com estruturas físicas que permitam orientar ou sustentar movimentos e forças. “Neste caso é necessário proceder a um rigoroso controlo dos movimentos efetuados e forças aplicadas pelos pacientes. Este tipo de solução é mais eficaz se interagir com o utilizador, criando um ambiente que motive a sua utilização”, explica Luís Roseiro, afirmando que o projeto EXOBIKE pretende “contribuir para este tipo de objetivos, nomeadamente em procedimentos de reabilitação físico-motora, treino e diagnóstico precoce de pacientes com doenças neuro degenerativas ou em contexto ocupacional, por exemplo em idosos”