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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS REGIONAL CATALÃO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO MESTRADO PROFISSIONAL EM GESTÃO ORGANIZACIONAL LISIAS CARNEIRO CAMARGO DESENVOLVIMENTO DE APLICATIVOS MÓVEIS PARA CONTROLE DE VOZ DE PRÓTESE BIÔNICA DE MÃO CONFECCIONADA POR MANUFATURA ADITIVA CATALÃO, 2016

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Page 1: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS REGIONAL CATALÃO

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO MESTRADO PROFISSIONAL EM GESTÃO ORGANIZACIONAL

LISIAS CARNEIRO CAMARGO

DESENVOLVIMENTO DE APLICATIVOS MÓVEIS PARA CONTROLE DE VOZ DE PRÓTESE BIÔNICA DE MÃO CONFECCIONADA POR MANUFATURA

ADITIVA

CATALÃO, 2016

Page 2: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

TERMO DE CIÊNCIA E DE AUTORIZAÇÃO PARA DISPONIBILIZAR AS TESES E DISSERTAÇÕES ELETRÔNICAS (TEDE) NA BIBLIOTECA DIGITAL DA UFG

Na qualidade de titular dos direitos de autor, autorizo a Universidade Federal de Goiás (UFG)

a disponibilizar, gratuitamente, por meio da Biblioteca Digital de Teses e Dissertações (BDTD/UFG), sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o documento conforme permissões assinaladas abaixo, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.

1. Identificação do material bibliográfico: [ X ] Dissertação [ ] Tese

2. Identificação da Tese ou Dissertação

Autor (a): Lísias Carneiro Camargo

E-mail: [email protected]

Seu e-mail pode ser disponibilizado na página? [X]Sim [ ] Não

Vínculo empregatício do autor Universidade Federal de Goiás (UFG)

Agência de fomento: Sigla:

País: Brasil UF: Goiás CNPJ: 08.156.102/0001-02.

Título: Desenvolvimento de Aplicativo em Dispositivos Móveis para Controle sem fio de Prótese Biônica de Mão.

Palavras-chave: Tecnologia assistiva, Aplicativos, Prótese de mão

Título em outra língua: Application development on mobile devices for wireless handheld bionic prosthesis control.

Palavras-chave em outra língua: Assistive Technology, Applications, Prosthetic Hand

Área de concentração: Inovação, Desenvolvimento e Tecnologia

Data defesa: (dd/mm/aaaa) 15/03/2016

Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Gestão Organizacional

Orientador: Dr. Marcelo Henrique Stoppa

E-mail: [email protected]

Coorientador

E-mail:

*Necessita do CPF quando não constar no SisPG 3. Informações de acesso ao documento: Concorda com a liberação total do documento [ ] SIM [ X ] NÃO1

Havendo concordância com a disponibilização eletrônica, torna-se imprescindível o envio do(s) arquivo(s) em formato digital PDF ou DOC da tese ou dissertação.

O sistema da Biblioteca Digital de Teses e Dissertações garante aos autores, que os arquivos contendo eletronicamente as teses e ou dissertações, antes de sua disponibilização, receberão procedimentos de segurança, criptografia (para não permitir cópia e extração de conteúdo, permitindo apenas impressão fraca) usando o padrão do Acrobat.

___________________________ Data: ....../...../....... Assinatura do (a) autor (a):

1 Neste caso o documento será embargado por até um ano a partir da data de defesa. A extensão deste prazo suscita justificativa junto à coordenação do curso. Os dados do documento não serão disponibilizados durante o período de embargo.

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LÍSIAS CARNEIRO CAMARGO

DESENVOLVIMENTO DE APLICATIVOS MÓVEIS PARA CONTROLE DE VOZ DE PRÓTESE BIÔNICA DE MÃO CONFECCIONADA POR MANUFATURA

ADITIVA

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação – Mestrado em Gestão Organizacional, da Universidade Federal de Goiás – Regional Catalão para obtenção do título de Mestre em Gestão Organizacional.

Área de Concentração: Gestão Organizacional Linha de Pesquisa: Inovação, Desenvolvimento e Tecnologia. Orientação: Prof. Dr. Marcelo Henrique Stoppa

CATALÃO, 2016

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Autorizo a reprodução e divulgação total ou parcial deste trabalho, por qualquer meio convencional ou eletrônico, para fins de estudo e pesquisa, desde que citada a fonte, respeitando-se as restrições expressas no Termo de Ciência e de Autorização.

Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP) GPT/BC/UFG

Camargo, Lísias Carneiro

DESENVOLVIMENTO DE APLICATIVOS MÓVEIS PARA CONTROLE DE VOZ DE PRÓTESE BIÔNICA DE MÃO CONFECCIONADA POR MANUFATURA ADITIVA

[Dissertação] / Lísias Carneiro Camargo. - 2016. LXI, 61 f.

Orientador: Prof. Dr. Marcelo Henrique Stoppa.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Goiás, Regional Catalão, Catalão, Programa de Pós-Graduação em Gestão Organizacional (profissional), Catalão, 2016.

Bibliografia.

Inclui abreviaturas, lista de figuras, lista de tabelas, anexos.

1. Tecnologia Assistiva. 2. Aplicativos. 3. Prótese de Mão. I.

Stoppa, Marcelo Henrique, orient. II. Título.

Page 5: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

FOLHA DE APROVAÇÃO

LÍSIAS CARNEIRO CAMARGO

DESENVOLVIMENTO DE APLICATIVOS MÓVEIS PARA CONTROLE DE VOZ DE PRÓTESE BIÔNICA DE MÃO CONFECCIONADA POR MANUFATURA

ADITIVA

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação – Mestrado em Gestão Organizacional, da Universidade Federal de Goiás – Regional Catalão para obtenção do título de Mestre em Gestão Organizacional.

Aprovada em 15 de março de 2016.

BANCA EXAMINADORA:

_______________________________ Prof. Dr. Marcelo Henrique Stoppa – Presidente da Banca

Curso de Matemática Industrial – Universidade Federal de Goiás (UFG/RC)

_______________________________ Profa. Dra. Maria Elizete Kunkel – Membro Efetivo

Externo ao Programa – Engenharia Biomédica – Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP)

_______________________________ Profa. Dra. Ivania Vera – Membro Efetivo,

Curso de Enfermagem – Universidade Federal de Goiás (UFG/RC)

Page 6: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

AGRADECIMENTOS

Inicio meus agradecimentos a Deus, que nos concede a cada dia uma nova

chance para colocarmos em prática ações que visem o bem coletivo.

Em segundo lugar agradeço aos meus pais Euzeni e Delício que desde

cedo se preocuparam em me fornecer uma educação não voltada ao materialismo.

A vocês digo que a linha de pesquisa do presente Mestrado veio de encontro ao

que me ensinaram.

Aos meus irmãos Lascínia, Daniel e meu irmão Tiago que não se encontra

fisicamente conosco. Por sempre me incentivarem a prosseguir nos objetivos

traçados, mas sempre orientando também para a preocupação com as coisas

simples da vida.

Agradeço a Universidade Federal de Goiás e meu orientador professor Dr

Marcelo Henrique Stoppa. Não acreditava que conseguiria atingir o resultado deste

projeto no início, sabia apenas que devia continuar adiante por algum motivo.

Então, hoje olho para trás e vejo com clareza que nada foi em vão e que nada foi

por acaso, mas percebo a responsabilidade na quantidade de trabalho que ainda

deve ser feito.

Ninguém caminha sozinho, é a vocês amigos e familiares que agradeço

pelos resultados.

Page 7: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

SUMÁRIO

LISTA DE FIGURAS .......................................................................................................... 8

LISTA DE ABREVIATURAS ............................................................................................. 9

LISTA DE TABELAS ........................................................................................................ 10

RESUMO ............................................................................................................................ 11

ABSTRACT ....................................................................................................................... 12

1 - INTRODUÇÃO ............................................................................................................ 13

2 - OBJETIVO ................................................................................................................... 15

2.1 Geral ........................................................................................................................ 15

2.2 Específicos ............................................................................................................ 15

3 - METODOLOGIA ......................................................................................................... 16

3.1 Tipo de estudo ...................................................................................................... 16

3.2 Trajetória metodológica ................................................................................. 16

4 - REFERENCIAL TEÓRICO ........................................................................................ 17

4.1 A mão humana .................................................................................................. 17

4.1.1 Tipos de pegada ............................................................................................... 21

4.2 Próteses .............................................................................................................. 23

4.2.1 Próteses de mão .............................................................................................. 29

4.3 Soluções tecnológicas para amputados ................................................... 33

4.3.1 Plataforma IOS ................................................................................................. 35

4.3.2 Plataforma Android® ........................................................................................ 36

4.3.3 Aplicativos em Android® ................................................................................. 38

4.4. Arduino® ................................................................................................................ 39

4.5 Protótipos .............................................................................................................. 42

5 RESULTADOS ............................................................................................................... 47

5.1 Comunicação aplicativo/prótese ..................................................................... 47

6 - CONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUIDADE .......................................... 51

REFERÊNCIAS ................................................................................................................ 54

ANEXO: Orçamento Prótese Michelangelo®. .............................................................. 61

Page 8: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

LISTA DE FIGURAS

Figura 1- Trajetória Metodológica .................................................................................. 17

Figura 2 - Ossos da mão Direita – Vista Palmar. ......................................................... 19 Figura 3 - Movimentos da mão e articulações ............................................................. 19

Figura 4 - Articulações e Movimentos ........................................................................... 20

Figura 5 - Preensões da mão ......................................................................................... 22

Figura 6 - Ilustrações de Preensões .............................................................................. 23

Figura 7 - Demonstrativo de Pessoas com Deficiência .............................................. 24 Figura 8 – Percentual de diferentes tipos de deficiência............................................ 25

Figura 9 - Prótese do período da Renascença ............................................................ 27

Figura 10 – Exemplos de próteses comercialmente disponíveis: (a) Prótese I-Limb; (b) Prótese Michelangelo ...................................................................................... 27

Figura 11- Próteses sensivas: (a) de mão, (b) de perna ............................................ 30 Figura 12 – Robô do projeto inMoov ............................................................................. 31 Figura 13 – Modelo de prótese disponível no Enabling ............................................. 31

Figura 14 - Mão biônica de Aszmmann ......................................................................... 33 Figura 15 - Java x Dalvik ................................................................................................. 39

Figura 16 - Versões Arduino®: (a) UNO, (b) Mega, (c) Nano, (d) Lilypad ................ 41

Figura 17 - Acoplamento entre servomotores e cabos acionadores ........................ 43

Figura 18 - Placa HC6 ligada ao Arduino® UNO .......................................................... 44

Figura 19 - Bluetooth HM10 (LE) ................................................................................... 44

Figura 20 - Questões levantadas ................................................................................... 45

Figura 21 - Protótipo em Android ................................................................................... 46 Figura 22 - Telas do Aplicativo em Interface Android ................................................ 47

Figura 23 - Telas do Aplicativo em IOS ......................................................................... 49

Figura 24 - Componentes utilizados .............................................................................. 50

Figura 25 - Arduino® Uno utilizado ................................................................................. 50 Figura 26 – Disposição para teste em Samsung Galaxy© ........................................ 50

Figura 27 - Passos da Comunicação ............................................................................ 51

Page 9: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

LISTA DE ABREVIATURAS

APK: Android Package File

TA: Tecnologia Assistiva

BLE: Bluetooth Low Energy

CNN: Cable News Network – Canal de Notícias dos USA

DEX Dalvik Executable

FAQ: Frequently Asked Questions

GPL: General Public Licence

IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística

IDE: Integrated Development Environment

LED: Light Emiting Diode

MIT: Massachusetts Institute of Technology

OS: Operational System

PLA: Polylactic Acid (Ácido Polilático)

RAM: Random Acess Memory

TIOBE: The Importance Of Being Earnest

USB: Universal Serial Bus

WWDC: Worldwide Developers Conference

Page 10: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

LISTA DE TABELAS

TABELA 1- Quantidade de Pessoas com Deficiência 2000/2010 ............................ 24

TABELA 2 - Popularidade de Linguagens de Programação ...................................... 38

TABELA 3 – Ícones de ação e comunicação com a Prótese .................................... 48

Page 11: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

RESUMO

CAMARGO, L. C. Desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de prótese biônica de mão confeccionada por manufatura aditiva. [Dissertação]. Catalão: Universidade Federal de Goiás; 2016. 61p.

A mão humana é um sistema que permite movimentos complexos graças a

sua anatomia. Por vezes estes movimentos são corrompidos ou

congenitamente perdidos. Para recuperar estes movimentos é de

fundamental importância que a tecnologia assistiva seja usada. Assim, novos

meios tecnológicos têm sido desenvolvidos ao longo dos anos com o intuito

de auxiliar aos portadores de necessidades especiais a retomarem suas

atividades. O presente trabalho tem por objetivo o desenvolvimento de um

sistema para controle de uma prótese biônica de mão construída por

manufatura aditiva. O projeto consiste na criação de dois aplicativos, um para

o sistema operacional Android® e outro para celulares da Apple® com o intuito

de realizar a comunicação sem fio à uma placa Bluetooth® e Arduino®

acopladas na prótese, esta por vez contendo cinco servomotores

responsáveis pelos movimentos de extensão e flexão dos dedos. Tanto para

aplicativo em Android® quanto em iOS® foi possível a realização de

comunicação por meio de Interface Gráfica. Além disso, para o Android®

foram implementados recursos possibilitando comunicação também por

comandos de voz. Aqui ainda são apresentadas a especificação dos

componentes utilizados na pesquisa e uma visão geral sobre próteses de

mão.

Palavras-chave: Tecnologia assistiva, Aplicativos, Prótese de mão.

Page 12: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

ABSTRACT

CAMARGO, L.C. App development on mobile devices for voice control in man-ufacture bionic prosthesis control. [Dissertação]. Catalão: Universidade Federal de Goiás; 2016. 61p.

The human hand is a system that allows complex movements thanks to your

joints and anatomy. Sometimes these movements are injured or congenitally

lost. To recover these movements is very important that assistive technology

be present. Thus, new devices and process technological have been

developed to help people to get back their normal activities. This study aims

to develop a control system to a bionic hand prosthesis made by 3D printing.

The design involves the creation of two apps, one for Android and one for

Apple's mobile phones in order to perform wireless communication with a

Bluetooth and Arduino© plates on the prosthesis, which five servomotors

responsible for flanxion and extension movements finger. Both apps on

Android and iOS© was possible to perform communication through GUI

(Guide User Interface). In addition, for Android features have been

implemented additional communication by voice commands. Here it is also

presented the specification of the components used in the research and an

overview of hand prostheses.

Key-words: Assistive Technology, Applications, Prosthetic Hand.

Page 13: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

13

1 - INTRODUÇÃO

A evolução tecnológica presente nos dispositivos móveis mudou de forma

significativa a realidade da sociedade, tornando comum o uso dos celulares no

cotidiano das pessoas. O smartphone é apontado como o produto de consumo mais

utilizado no mundo, sendo a quantidade existente correspondente a mais da

metade da população mundial, cerca de 4,8 bilhões de pessoas, em 2010

(PEREIRA; SILVA, 2012).

Com o consumo cada vez maior de smartphones, se torna possível que uma

pessoa com deficiência (PCD) possa se beneficiar de seu uso, uma vez que, os

meios tecnológicos podem servir como apoio às pessoas com algum tipo de

deficiência, este termo vale lembrar, é marcado pela perda de uma das funções do

ser humano, de ordem física, psicológica ou sensorial (SCHIRMER et al., 2007).

O termo deficiência também é citado pelo Instituto Brasileiro de Geografia e

Estatística (IBGE) na cartilha do censo de 2010 que o aponta como sendo um tema

de direitos humanos, onde para tal deve obedecer ao princípio de que todos, sem

qualquer tipo de discriminação, devem desfrutar do direito e de condições para o

desenvolvimento de suas habilidades e pretensões.

Com intuito de acompanhar as inovações na área da saúde e o modo como

a população geral se relaciona com as pessoas com deficiências, o conceito de

deficiência tem sido modificado do modelo médico, para um sistema de

classificação internacional com o tempo (IBGE, 2010).

O Sistema Classificação Internacional de Funcionalidade, Incapacidade e

Saúde (CIF), organizado e divulgado pela Organização Mundial da Saúde (OMS)

em 2001, “apreende a incapacidade como um resultado tanto da limitação das

funções e estruturas do corpo quanto da influência de fatores sociais e ambientais

sobre essa limitação” (OMS, 2001).

Neste contexto, surge o termo Tecnologia Assistiva (TA) cujo papel

fundamental é permitir a estas pessoas, nas suas mais variadas formas, através de

novas tecnologias o acesso a atividades comuns a qualquer ser humano. Este

termo do inglês Assistive Technology, criado em 1988, como importante elemento

jurídico dentro da legislação norte-americana conhecida como Public Law 100-407,

ou "Technology-Related Assistance for Individuals With Disabilities Act of 1988"

(Public Law, 1988) renomeado em 1998 como Assistive Technology Act

Page 14: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

14

(SARTORETTO; BERSCH, 2014).

A Tecnologia Assistiva, dentre outros aspectos, assume grande importância

para facilitar a vida dos PCD’s, cujo objetivo para Bersh e Sartoretto é proporcionar

à estas pessoas maior independência, qualidade de vida e inclusão social, pela

ampliação de sua comunicação, mobilidade, controle de seu ambiente, habilidades

de seu aprendizado, trabalho e integração com a família, amigos e sociedade.

(SARTORETTO; BERSCH, 2014).

A necessidade de assistência por dispositivos de TA deve aumentar, pois,

baseando-se no fato de que durante a década de 1950, apenas 4,9% da população

mundial atingia a idade de 65 anos, e em 2007, quase 20% tinham mais de 65, é

previsto um cenário mundial superior a 35% em 2050 (DELLON; MATSUOKA,

2007; WHO, 2012).

No Brasil, a proporção de pessoas com idade maior ou igual a 60 anos

passou de 3,3% em 1991, para 5,8% em 2010, revelando uma distribuição

heterogênea em decorrência da assimetria geográfica entres as regiões, em função

do início da transição demográfica de cada localidade (IBGE, 2010).

Essa transição demográfica na pirâmide populacional e aumento na expec-

tativa de vida estão intrinsecamente relacionados ao desenvolvimento socioeconô-

mico, avanços tecnológicos, alterações nos hábitos de vida, queda da fecundidade,

melhoria de saneamento básico e redução da mortalidade, o que demanda a este

estrato populacional cuidados específicos, tratamentos e reabilitação (WHO, 2012).

Esta realidade propicia o surgimento de novas tecnologias para suprir a necessi-

dade de cuidados especiais consequentes de fatores congênitos, da senescência

ou do envelhecimento natural.

As deficiências investigadas pelo Censo Demográfico em 2010 permitiram

identificar o principal alvo das políticas públicas, ou seja, a parcela da população

com deficiência severa (visual, auditiva e motora), revelando que, 23,9% da

população investigada se autodeclararam com deficiência (IBGE, 2010).

Em relação à idade, mais da metade da população brasileira com idade

maior ou igual a 65 anos ou mais, declarou possuir alguma deficiência (67,7%).

Cabe ressaltar que, a própria senescência, ocasiona limitações na capacidade

funcional e visual (presbiopia) do indivíduo. A deficiência motora é maior na

população feminina (6,8%), quando comparado ao sexo oposto (4,5%) (IBGE,

2010).

Page 15: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

15

Este estudo objetiva por meio de um novo meio tecnológico, permitir que

indivíduos com necessidades especiais possam realizar atividades diárias como

pegar um garfo ou outro objeto comum, em particular facilitar atividades dos

usuários de próteses biônica de mão modeladas, utilizando tecnologia em

Manufatura Aditiva, buscando intermediar a comunicação entre estas e dispositivos

móveis.

Este projeto alinha-se com a manufatura de baixo custo das próteses

impressas por manufatura aditiva e o desenvolvimento de aplicativos de controle

destas, para os principais sistemas operacionais de dispositivos móveis,

smartphones e tablets, que estarão disponíveis gratuitamente aos usuários.

É esperado que o estudo responda ao seguinte questionamento: Como

gerenciar de forma eficiente e eficaz, a comunicação entre os dispositivos

móveis e próteses biônicas de mão desenvolvidas em impressoras 3D?

A pesquisa se justifica pela carência por meios tecnológicos que estejam

acessíveis à grande parte da população, uma vez que os dados do IBGE (2010) e

de WEIR (2004), remetem a um considerável aumento do número de pessoas com

deficiência motora de mão nos últimos anos.

2 - OBJETIVO

2.1 Geral

Permitir, por meio de um meio tecnológico, facilidade nas execução das

atividades diárias para indivíduos com necessidades especiais, em particular,

usuários de próteses biônica de mão construídas por meio de tecnologia de

impressão tridimensional (3D), buscando intermediar a comunicação entre esta

prótese biônica e dispositivos móveis (tablets e celulares).

2.2 Específicos

Desenvolver recursos por aplicativo em Sistema Operacional Android® e

iOS® para conexão entre prótese biônica de mão e Aplicativos Móveis;

Implementar Interface Gráfica em aplicativo Android® e iOS®.

Implementar envio de sinais a prótese biônica de mão por meio de comando

de voz em aplicativo Android®.

Page 16: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

16

Enviar Sinais a próteses biônicas de mão por meio de Aplicativos em iOS®

e Android®.

3 - METODOLOGIA 3.1 Tipo de estudo

Aqui se objetiva, descrever a metodologia adotada na presente pesquisa.

Gerhardt e Silveira (2009) descrevem metodologia como sendo um estudo

organizado dos caminhos a serem percorridos para se realizar uma pesquisa ou

para se fazer ciência.

Quanto aos tipos, esta pode ser quantitativa ou qualitativa (FONTENELLE,

2008). O tipo de estudo utilizado para a revisão da literatura do presente trabalho

se refere a uma pesquisa qualitativa que, como explicam Silva e Menezes (2005),

não requer o uso de métodos e técnicas estatísticas, o ambiente natural é a fonte

direta para coleta de dados e o pesquisador é o instrumento-chave. Já uma

pesquisa quantitativa para os autores é aquela que considera tudo como

quantificável, o que significa traduzir em números opiniões e informações para

classificá-las e analisá-las, requerendo o uso de recursos e de técnicas estatísticas.

3.2 Trajetória metodológica

Para obtenção dos resultados, inicialmente buscou-se na literatura,

referências que tivessem o mesmo enfoque da pesquisa. Em seguida foi utilizado

o protótipo de mão biônica criado por Gael Langevin que foi parte fundamental para

os testes de comunicação. Assim foi identificado então os dispositivos necessários

para o desenvolvimento da comunicação entre este e os aplicativos móveis.

Inicialmente para os testes de comunicação, foi usado um celular smartphone com

capacidade de 512MB de memória RAM e 2GB permanente em um sistema

operacional Android®. Como dispositivo de controle utilizou-se uma placa Arduino®,

que devido às suas características e funcionalidades, se tornou peça chave na

comunicação.

Posteriormente utilizou-se um smartphone com capacidade de 3GB de

memória RAM e 64GB permanente, também em um sistema operacional Android®

Page 17: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

17

e um celular com capacidade de 2GB de memória RAM e 60GB permanente, com

Sistema Operacional iOS® da Apple®.

Com os dispositivos identificados foi necessário implementar, por linguagens

de programação, recursos que pudessem permitir a criação de um aplicativo

disponibilizado nas plataformas Android® e iOS® com o intuito de realizar a conexão

com as placas Arduino® e Bluetooth® de forma a utilizar recursos nativos destas

plataformas, para controle, envio e recepção de sinais sem fio.

Procurou-se por meio da comunicação sem fio destes dispositivos, enviar

sinais de controle a servomotores acoplados à prótese e por fim validar a

efetividade da comunicação. As etapas da pesquisa são descritas na Fig. 1.

Figura 1- Trajetória Metodológica

Fonte: Elaborado pelo Autor

4 - REFERENCIAL TEÓRICO 4.1 A mão humana

A mão é a parte extrema do membro superior próxima ao antebraço formada

pelo carpo, metacarpo e falanges. É composta do punho, palma, dorso das mãos

e dedos, sendo ricamente suprida de terminações sensoriais que permitem

sensação de toque, dor e temperatura (MOORE et al., 2014).

A mão é a educadora da visão e é através dela que temos o conhecimento

da espessura e das distâncias proporcionadas pelo córtex cerebral, sem ela a

nossa visão do mundo seria plana e sem relevo (KAPANDJI, 2002).

Etapa 1:

Referencial teórico

Etapa 2:

Identificação dos

dispositivos físicos

Etapa 3:

- Identificação de recursos em Linguagens de Programação

- Desenvolvimento de Interface em Android® e IOS®

- Estabelecimento de comunicação sem fio

- Envio de sinais à prótese

Etapa 4:

Efetividade da

Comunicação

Page 18: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

18

Cada mão é anatomicamente disposta em 14 falanges, sendo que, são duas

falanges no polegar: uma proximal e uma distal e as outras 12 estão distribuídas,

do segundo ao quarto dedo, cada dedo com três falanges: a proximal, a média e a

distal (LIMA, 2015). O polegar, para Kapandji (2002), desempenha por si mesmo

quase todas as funções da mão, graças à sua propriedade de oposição em relação

aos outros dedos.

As falanges proximais são mais longas que as distais, sendo que as do

polegar são mais curtas e largas que as dos outros dedos, além disso, a mão se

divide em ossos do carpo e do metacarpo. São oito os ossos do carpo, distribuídos

em duas fileiras, conforme mostra a Figura 2 (LIMA, 2015).

O carpo é a parte proximal da mão, formada por oito ossos pequenos

articulados entre si. Para facilitar o estudo, o carpo é dividido em duas linhas, sendo

uma posterior proximal e outra anterior distal, cuja estrutura é descrita conforme

(AMBULÓDEGUI, 2015).

Ossos da linha proximal:

1. ESCAFÓIDE: osso curto em forma de arco semelhante a um barco.

2. SEMILUNAR: osso em forma de lua crescente.

3. PIRAMIDAL: osso como uma pirâmide, é localizado no lado medial da

fileira proximal.

4. PSIFORME: osso que se encontra em frente ao piramidal e se articula

somente com este.

Ossos da linha distal:

5. TRAPÉZIO: Se articula com o primeiro metacarpo (Polegar).

6. TRAPEZÓIDE: Menor do que o trapézio.

7. CAPITATO: Localizado no centro do carpo, é o mais grande de todos.

8. HAMATO: É assim chamado porque possui em frente uma saliência em

forma de gancho.

O metacarpo é a parte intermediária do esqueleto da mão que está

localizada entre as falanges e os ossos do carpo que estão ligados ao antebraço.

Composto por cinco ossos metacarpais, uma para cada dedo (DRAKE et al., 2004;

IMAIOS, 2015). O metacarpal I está relacionado com o polegar. Os ossos

Page 19: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

19

metacarpais de II a V estão relacionados com os dedos indicador, médio, anular e

mínimo, respectivamente (Fig. 2).

Figura 2 - Ossos da mão Direita – Vista Palmar.

Fonte: Moore et al. 2014, p. 709.

A figura 3 revela os movimentos da mão que ocorrem em função das

articulações carpais, carpometacarpais (entre o carpo e metacarpo),

metacarpofalangeanas (entre metacarpo e falanges) e articulações interfalângicas

(entre as falanges). Os movimentos possíveis que a mão pode realizar são: flexão,

extensão, abdução e oposição. Na articulação do punho a mão pode ser aduzida,

fletida e estendida (DRAKE et al., 2004).

Figura 3 - Movimentos da mão e articulações

V IV

III II

Pisiforme

Piramidal

Hâmulo do Hamato

Capitato

Metacarpais

Hamato

Semilunar

Falanges

Ossos Carpais

I

Trapézio

Trapezóide

Distal

Media

Proximal

Distal

Proximal

Tubérculo do Trapézio

Tubérculo do Escafóide

Articulação do pulso

Ossos Carpais

Escafóide

Abdução Adução

Extensão

Flexão

Extensão

Flexão

Page 20: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

20

Fonte: Adaptado de Drake et al., 2004, p. 612 e 613.

É possível relacionar as articulações entre os ossos da mão com os

possíveis movimentos que esta realiza, conforme descrito abaixo (DRAKE et al.,

2004).

Articulações Carpais: Apesar da limitação dos movimentos nas

articulações do carpo, eles contribuem para o posicionamento da mão

em abdução, adução, flexão e particularmente, em extensão (Fig. 4a).

Articulações Carpometacarpais: A articulação entre o metacarpo I e o

trapézio, permite uma grande mobilidade ao polegar. Os movimentos

desta articulação localizada entre o carpo e o metacarpo são: flexão,

extensão, abdução, adução, rotação e circundução. Já as articulações

carpometacarpais dos demais metacarpos são menos móveis que a

articulação carpometacarpal do polegar (Fig. 4b).

Articulações Metacarpofalângicas: As articulações entre as cabeças

distais dos metacarpais e as falanges proximais dos dedos permitem

flexão e extensão, abdução, adução, circundação e rotação limitada (Fig.

4c).

Articulações Interfalângicas: São articulações em dobradiça que

permitem, principalmente, flexão e extensão (Fig. 4d).

Figura 4 - Articulações e Movimentos

Articulação

CarpoMetacarpal

(b)

Abdução

(a)

Adução

Articulação

Carpal

Abdução Adução Extensão

Flexão

Page 21: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

21

Fonte: Adaptado de Kapandji (2002), p. 165 a 253.

4.1.1 Tipos de pegada

A mão é considerada um dos principais instrumentos do corpo humano, pela

peculiar característica de possibilitar movimentos de preensão, boa parte do

desenvolvimento da humanidade pode ser creditado especialmente a ela (DIAS et

al., 2010).

Sendo o movimento de preensão, a principal função que a mão executa, o

polegar desempenha uma função à parte sendo indispensável para a realização de

diversas capacidades da mão. A preensão para Kapandji (2002) se classifica em

três grupos: preensões digitais, palmares e centradas, visualizados nas Figuras 5

e 6.

Estas preensões são classificadas em dois tipos básicos: de força e de

precisão. A preensão de precisão é uma forma mais delicada e se refere a segurar

Articulação

Metacarpofalangeana

Extensão

Articulação

Metacarpofalangeana

Articulações

Interfalângicas

Flexão

(c)

(d)

Flexão

Extensão

Articulações

Interfalângicas

Page 22: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

22

o objeto entre a face palmar ou lateral dos dedos e o polegar oposto. Enquanto que,

a preensão de força envolve segurar um objeto entre os dedos parcialmente

flexionados, em oposição à contrapressão gerada pela palma da mão (MOURA et

al., 2008). A figura 6 relaciona os tipos básicos preensões da mão (KAPANDJI,

2002).

Figura 5 - Preensões da mão

Pre

cis

ão

Preensões digitais

Preensões Bidigitais

Constituem a clássica pinça

polegar-digital, geralmente polegar-

dedo indicador.

Pluridigitais

Provocam a participação, além do polegar, dos

outros dois, três ou quatro dedos. Permitem uma

preensão muito mais firme.

Tridigital

Tipo de preensão Pluridigital que envolve o

polegar, dedo indicador e o médio. Uma parte

importante, da humanidade que usa o garfo, utiliza

esta preensão para levar os alimentos à boca.

Fo

rça

Preensões Palmares

Digital Palmar

Realiza a oponência da palma da

mão com os últimos quatro dedos. É um tipo

de preensão acessória, mais utilizada com

frequência quando acionamos uma

alavanca ou seguramos um volante.

Preensão Palmar

É a preensão de força para os objetos

pesados e relativamente volumosos.

Fo

rça

Preensões Centradas

(Três últimos dedos flexionados + indicador estendido)

Função é prolongar a mão e representa uma extrapolação do dedo indicador com relação à

sua função de assinalar. Isto é indispensável do ponto de vista mecânico na preensão da

chave de fenda.

Page 23: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

23

Fonte: Adaptado de Kapandji, 2002; Moura et al.,2008.

Figura 6 - Ilustrações de Preensões

Bidigital Pluridigital Digital Palmar

Palmar Centrada

Fonte: Kapandji (2002).

4.2 Próteses

A ausência de algum membro do corpo deve apresentar fator de adaptabilidade

e criatividade, de modo que as ações corriqueiras sejam executadas. A mão

humana é uma notável ferramenta capaz de executar inúmeras ações, e que

apesar de ser encontrada em diversos animais, atinge grau de perfeição somente

no homem (KAPANDJI, 2002).

Pesquisas sobre o desenvolvimento de próteses de mão revelam uma maior

preocupação com a qualidade de vida do usuário. Weir (2004) cita como grande

desafio a falta de design que interfere no tamanho, peso e energia utilizada nos

dispositivos biônicos, fazendo com que muitos desistam de utilizá-los. Mattioli et al.

(2010) também complementam que pesquisas em próteses tem como um de seus

objetivos, torná-las mais naturais possíveis evitando que o paciente sofra

consequências psicológicas e práticas. Ademais, Cunha et al. (2013) também

destacam a importância de meios tecnológicos como fator de adaptabilidade das

próteses ao paciente.

Page 24: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

24

Por outro lado, dados remetem ao aumento de pessoas que necessitam

deste apoio tecnológico, sendo que em 2010, 45 milhões e 600 mil brasileiros

possuíam algum tipo de deficiência, considerando a deficiência visual, auditiva,

motora e mental ou intelectual (Fig. 7). Analisando os dados do censo demográfico

em 2000 (Tabela 1), observa-se um aumento considerável no percentual de

pessoas com deficiência motora, analisados com faixa etária de 0 a 65 anos ou

mais, onde houve sobressalto de 5,5%, no ano 2000, para 7% em 2010,

correspondendo a 13.265.599 brasileiros. A quantidade de indivíduos que possuem

algum tipo de deficiência é apresentada na Tabela 1 (IBGE, 2010).

TABELA 1- Pessoas com Deficiência 2000/2010

Ano 2000 2010

Quantidade (%) da

população total

Quantidade (%) da

população total

Brasil

Pessoas com algum tipo de

deficiência 24.600.256 14,5 45.606.048 23,9

Deficiência Motora

9.355.844 5,5 13.265.599 7

Fontes: IBGE, Censo Demográfico 2000/2010.

A deficiência motora apresenta-se como segunda de maior ocorrência em

2010 para o grupo de 15 a 64 anos, sendo maior entre as mulheres (Fig. 7). Este

pode ser consequência do fato de que os homens morrerem mais cedo, o que de

acordo com o IBGE (2012),é mais frequente no segmento das pessoas com

deficiência.

Figura 7 - Demonstrativo de Pessoas com Deficiência no Brasil em 2010

Page 25: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

25

Fonte: IBGE, Censo Demográfico 2010.

O demonstrativo de pessoas com deficiência em 2010 foi obtido por meio de

entrevistas, considerando-se a autopercepção. Esta avaliação foi feita com a

utilização positiva de dispositivos como óculos e lentes de contatos, aparelhos de

audição, bengalas e próteses (IBGE, 2010).

A deficiência visual apresentou a maior ocorrência (18,6%), seguida da

deficiência motora (7%), deficiência auditiva (5,10%) e da deficiência mental ou

intelectual (1,40%), conforme exibe a Figura 8 (IBGE, 2010).

Figura 8 – Percentual de diferentes tipos de deficiência

Page 26: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

26

Fonte: IBGE, Censo Demográfico 2010.

Com o aumento quantitativo de indivíduos que possuem alguma limitação, o

ser humano vem ao longo do tempo, buscando meios para facilitar a vida das

pessoas com deficiência. Pesquisas vêm sendo feitas na tentativa de dar aos

indivíduos que não têm um ou mais membros, uma melhor aparência e ajudar em

algumas tarefas cotidianas (HUNOLD et al., 2014).

Remetendo-se à antiguidade, há relatos de que os egípcios foram os

pioneiros no uso de tecnologia de próteses, feitas de fibras, com função mais

psicológica do que estética e funcional. A primeira prótese descoberta foi de uma

múmia egípcia com uma prótese do dedo do pé. Em 1858, foi encontrada uma

perna artificial de bronze e ferro datada de 300 a.C., em Cápua na Itália. Esta perna

possuía um núcleo de madeira, aparentemente para um amputado abaixo do joelho

(NORTON, 2007).

O estudioso romano Plínio, o Velho (23-79 d.C) escreveu sobre um general

romano na Segunda Guerra Púnica (218-210 a.C), que teve seu braço direito

amputado, e tinha uma mão de ferro construída para manter seu escudo, de modo

que ele foi capaz de voltar para a batalha (NORTON, 2007).

No entanto, foi na Renascença que as próteses evoluíram, e este período

marcou-se o início de novas perspectivas de arte, filosofia, ciência e medicina. As

próteses eram geralmente feitas de ferro, aço, cobre e madeira (Fig. 9), todas com

função mais estética do que funcional (NORTON, 2007).

Page 27: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

27

Figura 9 - Prótese do período da Renascença

Fonte: Norton, 2007, p.2.

O exército dos Estados Unidos começou a expressar interesse em

revolucionar os dispositivos protéticos desde 2007, para dar aos soldados feridos

membros como substituição, pois, era comum o soldado sofrer mutilações em

campo de batalha (VENTIMIGLIA, 2012).

Com o tempo, as próteses passaram por mudanças, mas o desafio ainda

continua sendo o de criar meios que possibilitem que as mesmas estejam

acessíveis e disponíveis a uma grande quantidade de pessoas (WEIR, 2004).

Menos de 3% da população de pessoas amputadas que precisam de uma prótese

de mão tem acesso a este tipo de tecnologia (HUNOLD et al., 2014).

Nota-se que, comercialmente, existem disponíveis diversos tipos de

próteses funcionais, mas com alto custo. Na Escócia foi desenvolvida pela

companhia Touch Bionics, uma prótese biônica de mão chamada I-Limb®, que

possui em sua estrutura, motores que permitem a flexão das articulações de cada

dedo, voltando à posição natural depois de um determinado tempo de inatividade,

conforme visualizado na Figura 10 (a) (TOUCH BIONICS INC, 2015).

Figura 10 – Exemplos de próteses comercialmente disponíveis: (a) Prótese I-Limb; (b) Prótese Michelangelo

Page 28: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

28

(a) (b)

Fonte: Touchbionics 2(2015); Ottobock 3 (2015)

A empresa disponibiliza também um aplicativo móvel denominado BIOSim©

para controle de sinais via celular iPhone©. Contudo, o que se observa é que a

prótese não está acessível à população de baixa renda, o que dificulta sua

obtenção. Segundo Webster (2013), incluindo a instalação e treinamento, a prótese

I-Limb© custa em torno de US$ 100.000.

Outra prótese encontrada comercialmente é a Michelangelo©, uma prótese

Biônica (Fig. 10b), desenvolvida pela empresa Otto Bock no Canadá.

Consequência de mais de 10 anos de pesquisa, a prótese é controlada por meio

de dois eletrodos de contato cutâneo, colocados no músculo tensor e extensor que,

quando contraídos, enviam um potencial de ação de um milionésimo de segundo e

enviados à placa processadora (AMORIN; GARRIDO, 2010).

Internamente, a Michelangelo© é construída em aço e duralumínio de alta

resistência que substituem a estrutura dos ossos e das articulações humanas.

Externamente, é recoberta por macios elastômeros de silicone, assim como outros

plásticos de alta tecnologia que imitam os músculos e os tendões (AMORIN;

GARRIDO, 2010). O custo de aquisição está avaliado em R$ 340.000,00 conforme

orçamento apresentado no Anexo.

Além de próteses como esta podem não serem acessíveis à população de

baixa renda, como cita Hunold et al. (2014), não conseguem reproduzir todos os

2 Disponível: <em http://www.touchbionics.com/sites/default/files/image-gallery/i-limb%20ultra1.jpg> Acesso em jul.

2015.

3 Disponível em: <http://www.ottobock.com.br/prosthetics/produtos-de-a-a-z/sistema-michelangelo> Acesso em jul.

2015.

Page 29: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

29

movimentos necessários para a realização de algumas tarefas do dia a dia, como

por exemplo, abrir e fechar uma torneira, fatos que limitam muito a autonomia e

independência da pessoa com amputação (HUNOLD et al., 2014).

Deste modo, há necessidade de se repensar novas formas de criação

voltadas à realidade do amputado. Uma questão analisada pelos projetistas de

robótica é como interligar uma prótese à pessoa e como esse braço pode ser

controlado, levando em conta que os braços artificiais precisam ser os mais leves

possível, ou então eles podem simplesmente ser abandonados pelo usuário (WEIR,

2004).

4.2.1 Próteses de mão

Os estudos e análises referentes aos processos de pesquisa e

desenvolvimento na área de Tecnologia Assistiva no Brasil são escassos e, em sua

maioria procedentes de instituições acadêmicas, onde desde 2005, as análises

remetem a uma pequena quantidade de projetos sob a responsabilidade de

empresas e instituições do terceiro setor (GARCIA, 2012).

Como exemplo de projeto acadêmico, cita-se o protótipo de prótese de mão

robótica em que se utilizou um kit LEGO® MindStorms NXT©. Neste projeto, para

controle foi desenvolvido o App Inventor©, um aplicativo disponível em Android, cuja

função era flexionar e estender os dedos. Assim, após iniciar o aplicativo, o usuário

conseguia controlar a mão robótica, constituída por quatro dedos. O movimento era

realizado apenas com a movimentação do outro braço que continha um

Smartphone© acoplado. Entre as principais ações a mão conseguia levantar uma

garrafa com água e abrir uma torneira (HUNOLD et al., 2014).

Projetos como este são possíveis graças aos recursos que os celulares

possuem, pois apresentam componentes que podem ser utilizados em sistemas

autônomos para execução de diversas tarefas, como sensores de áudio e de vídeo,

componentes importantes desses dispositivos (JÚNIOR et al., 2012).

Similarmente, Silvestro Micera e um grupo de neurocientistas, engenheiros,

cirurgiões e especialistas em robótica da Itália, Suíça e Alemanha, desenvolveram

uma prótese de mão biônica com sensores adaptados (Fig. 11a) capaz de permitir

ao usuário sensações de ambiente (WALSH, 2014).

Posteriormente, outra pesquisa desenvolveu uma prótese de perna, na

Page 30: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

30

Universidade de Linz na Áustria, com autoria do professor de prótese Hubert Egger

(Figura 11b) capaz de enviar sinais nervosos do cérebro e permitir ao amputado, a

sensação de uma superfície lisa ou áspera, quente ou muito fria, além de reduzir a

dor do membro ao qual foi ajustada. Seis sensores foram preparados à base desta

prótese, para medir a pressão do calcanhar, dos dedos e movimentos do pé

(WALSH, 2015).

Figura 11- Próteses sensivas: (a) de mão, (b) de perna

Fonte: Walsh (2014)4 Fonte: Walsh (2015)5

No entanto, não basta somente criar próteses funcionais, Bios (2015)

ressalta a preocupação dos projetos gratuitos denominados Open Source, pois,

estes têm surgido com o intuito de compartilhar idéias, como instruções de

montagem e avanços tecnológicos mais recentes em próteses.

Com repercussão considerável em nível Global, Gael Langevin, um escultor

e designer Francês, deu início em Janeiro de 2012, na França, ao projeto Open

Source denominado inMoov (INMOOV, 2016). Trata-se do primeiro Open Source

3D alimentado com software de código aberto. Seu intuito é criar um humanóide

em tamanho real (Fig. 12) onde qualquer pessoa pode dar sua contribuição

(MOLITCH-HOU, 2013).

Todo o projeto é replicável em impressora 3D com volume mínimo de

impressão em torno de 12cm x 12cm x 12cm, sendo concebido como uma

plataforma de desenvolvimento para Universidades, Laboratórios, ou pessoas que

gostam de tecnologia como hobby (MOLITCH-HOU, 2013).

4 Disponível em: http://www.bbc.com/news/health-26036429 Acesso em nov. 2015 5 Disponível em: http://www.bbc.com/news/health-33052091 Acesso em nov. 2015

(a) (b)

Page 31: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

31

Figura 12 – Robô do projeto inMoov

Fonte: inmoov.fr

Outro projeto desenvolvido com impressoas 3D é o Enabling the future. O

Enable é uma comunidade global de mais de 1.500 membros que colaboram para

tornar as mãos protéticas (Fig. 13) gratuitas e disponíveis para impressão. Todos

os projetos do Enabling são de código aberto, o que indica que qualquer pessoa

pode fazer o download e criar uma prótese, além de permitir que outros possam

utilizar estes projetos, melhorá-los e compartilhar com outras pessoas (E-

NABLING, 2015).

Figura 13 – Modelo de prótese disponível no Enabling

Fonte: http://enablingthefuture.org/

No Brasil, um projeto denominado MAO3D6, coordenado pela Profa. Maria

Elizete Kunkel, da UNIFESP, num sistema de crowdfunding (financiamento

coletivo), por meio do site Kickante7, visa protetizar e reabilitar crianças, da Região

do Vale do Paraíba, com malformação ou amputação de braços, mãos ou dedos,

com próteses feitas por impressão 3D, adaptando modelos de próteses de mão da

6 http://www.kickante.com.br/campanhas/projeto-mao-3d

7 http://www.kickante.com.br/sobre

Page 32: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

32

comunidade americana E-Nable para o Brasil. O MAO3D pretende oferecer para

100 crianças sem nenhum custo, além da prótese de mão, um programa completo

de reabilitação em uma instituição de saúde com uma equipe multidisciplinar

formada por fisioterapeutas, terapeutas ocupacionais e psicólogos.

Page 33: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

33

4.3 Soluções tecnológicas para amputados

O mundo está na era da portabilidade, assim, usuários precisam de

facilidade na execução de atividades, e faz-se necessária a dinamização das

tarefas diárias. Rocha e Baranauskas (2000) citam que as pessoas não devem ter

que mudar radicalmente para se adequar ao sistema, o sistema sim deve ser

projetado para se adequar às suas necessidades.

A realização de pesquisas em soluções tecnológicas para amputados

mostra-se extremamente importante. Por este motivo, cientistas e até mesmo

estudantes de engenharia entre outras áreas do conhecimento, passaram a

desenvolver projetos em conjunto para minimizar o custo agregado às próteses

(HUNOLD et al., 2014).

Na Áustria, o professor Aszmmann e uma equipe de pesquisadores

apresentaram um método para reconstuir e restaurar a função da mão depois de

uma lesão no plexo braquial, que de acordo com Carmo (2015), é responsável pela

inervação sensitiva e motora do membro superior. Durante os testes de Aszmmann

é realizado um transplante do nervo da coxa para o braço restaurando as

sensações da vítima, e em seguida o membro lesionado é amputado de forma a

dar lugar à nova prótese (Fig. 14), que por sua vez, recebe os impulsos elétricos do

músculo permitindo melhor controle de movimentos, (ASZMANN et al, 2015).

Figura 14 - Mão biônica de Aszmmann

Fonte: (HOPE, 2015)8

8 Disponívelm em: < http://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2967622/The-bionic-hand-s-operated-

Page 34: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

34

Por outro lado um dos mercados que também ganha espaço na área de

tecnologia é o de desenvolvimento para dispositivos

móveis e consequentemente, com a procura cada vez maior por aplicativos,

surgem muitas oportunidades de negócios para empresas e desenvolvedores

(LECHETA, 2013).

Esta realidade tecnológica tem possibilitado que as pessoas realizem

operações mais rápidas em dispositivos cada vez menores, considerando que a

quantidade de informações que transitam nesses dispositivos é enorme. Ao longo

dos anos, a quantidade de telefones celulares veio aumentando e o celular é o

produto de consumo mais utilizado no mundo (PEREIRA; SILVA, 2012).

Em 2010, havia cerca de 4,8 bilhões de unidades, correspondendo a mais

da metade da população mundial e em relação ao acesso à internet, a quantidade

de celulares, em torno de 3.000.000.000, atingiu mais que o dobro de

computadores com este acesso (PEREIRA; SILVA, 2012).

A Google© e a Apple© são duas empresas que tem contribuído para esta

realidade, conhecidas como referência em inovação tecnológica (SOUSA, 2014).

O sistema iOS da Apple© se destaca como uma das principais plataformas

de desenvolvimento móvel do mercado, pois possui uma série de recursos que

permitem criar aplicativos diferenciados (LECHETA, 2013).

Enquanto que o Android da Google© é uma plataforma de desenvolvimento,

formado inclusive por um sistema operacional. O termo Sistema Operacional

corresponde a uma coleção de programas que inicializam o hardware de uma

máquina, além de fornecer rotinas básicas para controle de dispositivos (LOPES,

2008). Já o termo plataforma, consiste em um conjunto de ferramentas de

programação e aplicativos contendo bibliotecas e emuladores para

desenvolvimento de Software (MURER, 2012).

A quantidade de aparelhos smartphones e tablets que possuem suporte ao

sistema da Google© hoje em dia mostra-se crescente, pois, em 2009 menos de 1%

destes aparelhos possuía este suporte e, em 2013 esse número ultrapassou 60%

(OGLIARE; BRITO, 2014).

MIND-world-three-men-lower-limbs-amputated-replaced-robotic-prosthetics-controlled-brain.html>. Acesso

em fev. 2016.

Page 35: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

35

Outra vantagem está no fato de inúmeros fabricantes apostarem nesta

tecnologia, sugerindo uma garantia de ascensão para esta plataforma nos próximos

anos, uma vez que, diversos fabricantes tais como: Motorola, Samsung e LG a

adotaram como nativa em seus aparelhos (OGLIARE; BRITO, 2014).

4.3.1 Plataforma IOS

A plataforma iOS® adotou inicialmente como linguagem de programação o

Objective-C®, esta linguagem foi criada por Brad Cox e Tom Love no início da

década de 1980, e anos mais tarde, em 1988, a NeXT® de Steve Jobs adquiriu a

linguagem e a licenciou (LECHETA, 2013).

A linguagem utiliza do conceito de programação orientada a objetos. Neste

paradigma, ao desenvolver um aplicativo em determinada plataforma, o código

deve ser dividido em diversas partes, sendo cada parte responsável por uma área

diferente no programa. A orientação a objetos permite separar a parte lógica dos

dados de um sistema para melhor organização (MANNING; BUTTFIELD-

ADDISON, 2013).

Neste ponto faz-se necessário detalhar os conceitos de classes, objetos e

métodos que são indispensáveis para a compreensão de orientação a objetos:

Classe: Conceito orientado a objetos que encapsula dados e

abstrações procedurais necessárias para descrever o conteúdo e comportamento

de alguma entidade do mundo real (PRESSMAN, 2011).

Objeto: São porções de dados que aparecem pareados com código-

fonte, o qual opera sobre esses dados. Somente o código do objeto tem permissão

para modificar os dados, mas os objetos podem se comunicar uns com os outros

para compartilhar dados (MANNING; BUTTFIELD-ADDISON, 2013).

Método: Um objeto encapsula dado (representados como uma

coleção de atributos) e algoritmos que processam os dados. Esses algoritmos são

chamados de operações, métodos ou serviços e podem ser vistos como

componentes de processamento (PRESSMAN, 2011).

A linguagem utilizada pela plataforma iOS® é construída inteiramente em

torno de objetos, janelas, visualizações, botões, sliders e controladores, trocam

informações entre si e respondem a eventos passando ações para execução de um

programa (HARRINGTON et al., 2012)

Page 36: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

36

Mas apesar da linguagem utilizar conceitos da Orientação a Objetos, a

principal diferença desta linguagem e as linguagens tradicionais como C++, Java e

C# está na sua forma mais dinâmica em tempo de execução. Em Objective-C,

diferentemente das outras linguagens, de forma simplificada, apenas envia uma

mensagem e deixa a cargo do destinatário descobrir o que fazer com ela (ALLAN,

2013).

Com intuito de melhoria da linguagem para desenvolvimento IOS, foi lançado

no evento Apple Worldwide Developers Conference 2014 (WWDC 2014) a

linguagem Swift, que de acordo com a Apple® é uma nova linguagem de

programação, desenvolvida pela empresa para a criação de aplicativos para

dispositivos com iOS® e MacOS®, que adota padrões de programação seguros e

adiciona funcionalidades modernas para tornar a programação mais fácil, flexível e

mais divertida, sem perder as características da linguagem Objective-C. (APPLE,

2015)

Nesse sentido o que se percebe então, é que a inserção da nova linguagem

tem por objetivo o ganho de desempenho ao desenvolver aplicações, de acordo

com a Apple®, um algoritmo de busca, por exemplo, pode ser executado 2.6 vezes

mais rápido em Swift do que um algoritmo implementado em Objective-C. A Apple®

afirma também que, a nova linguagem introduz muitas características novas,

unificando as partes processuais e orientada a objetos além de permite aos

programadores realizarem experimentos com o código e visualizar os resultados

imediatamente, sem sobrecarga ao construir e executar um aplicativo (APPLE,

2015).

4.3.2 Plataforma Android®

O Android® é uma nova plataforma de desenvolvimento para aplicativos

móveis, baseada em um sistema operacional Linux, com diversas aplicações já

instaladas (LECHETA, 2013). Ela foi inicialmente construída por uma pequena

empresa de Palo Alto (Califórnia – EUA), chamada Android® Inc. e é atualmente

desenvolvida por contribuições de um consórcio de empresas chamado Open

Handset Alliance em parceria com a Google e outras empresas do setor, como Intel,

Acer, Motorola, Asus, DoCoMo, HTC, Huawei, Sprint, Kyocera, T-Mobile, LG,

Samsung, Vodafone, Sony Ericsson, Qualcomm e Nvidia (OGLIARI; BRITO, 2014).

Page 37: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

37

A seguir, são descritos os principais eventos dos últimos anos para o Android

(GARGENTA, 2011):

2005 - a Google® compra a Android®, Inc.

2007 - a Open Handset Alliance é anunciada. O Android® é anunciado

oficialmente como código aberto.

2008 - lançado o primeiro dispositivo móvel, fabricado pela HTC e vendido

pela operadora de telefonia móvel T-Mobile EUA, logo em seguida.

2009 – Aumento de dispositivos baseados em Android®. Novas versões do

sistema operacional são liberadas: Cupcake (1.5), Donut (1.6) e Eclair (2.0

e 2.1) sendo mais de 20 dispositivos executando com Android®.

2010, o Android® se enquadra como a segunda plataforma mais vendida

para Blackberry® de telefonia inteligente. Mais de 60 dispositivos executando

Android®.

Em relação ao desenvolvimento de aplicações em Android, utiliza-se a

linguagem de programação JAVA, que em questão de popularidade ocupa o 1º

lugar no ranking com 21,145% seguida da linguagem C com 15,59% (Tabela 2), de

acordo com o site TIOBE (The Importance Of Being Earnest) 9, que relaciona este

fato à sua funcionalidade adicionada a versão 8 utilizada atualmente. O tiobe.com

é um indicador de popularidade de linguagens de programação atualizado uma vez

por mês onde os ratings baseiam-se no número de engenheiros web qualificados,

sites de busca, em cursos oferecidos e fornecedores terceirizados das linguagens.

9 Disponível em http://www.tiobe.com/index.php/content/company/GeneralInfo.html Acesso em fev. 2016

Page 38: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

38

TABELA 2 - Popularidade de Linguagens de Programação

Fev 2016 Linguagem de Programação

Ratings

1 Java 21.145%

2 C 15.594%

3 C++ 6.907%

4 C# 4.400%

5 Python 4.180%

6 PHP 2.770%

7 Visual Basic .NET 2.454%

8 Perl 2.251%

9 JavaScript 2.201%

10 Delphi/Object Pascal 2.163%

11 Ruby 2.053%

12 Visual Basic 1.855%

13 Assembly language 1.828%

14 Objective-C 1.403%

15 D 1.391%

16 Swift 1.375%

17 R 1.192%

18 MATLAB 1.091%

19 PL/SQL 1.062%

20 Groovy 1.012%

Fonte: TIOBE.com 10

4.3.3 Aplicativos em Android®

Apesar das aplicações em Android utilizarem recursos da linguagem Java,

programar para Android é um pouco diferente do que programar especificamente

em Java. De acordo com Gargenta (2011), em Java o arquivo de origem é escrito

e compilado em um bydecode usando o compilador Java e em seguida o código é

executado na máquina virtual Java (Fig 15).

O conceito de bytecode é uma codificação gerada pelo compilador para que

qualquer dispositivo capaz de executar Java consiga interpretar e executar em algo

processável Fig. 15. Por outro lado, uma máquina virtual é implementada em

software e executada dentro dos aparelhos eletrônicos ficando responsável por ler

o bytecode gerado para diversas plataformas (BATES; SIENA, 2010).

Assim, no Android, o processo de desenvolvimento de aplicativos torna-se

diferente (GARGENTA, 2011). Além de criar o arquivo origem em Java, é

necessário compilá-lo em bytecode e recompilá-lo mais uma vez usando a máquina

virtual responsável em Android denominada Dalvik (Lecheta, 2013). Esta máquina

por sua vez executa os bytecodes convertidos para o formado .dex (Dalvik

Executavel) e gera a extensão .apk (Android Package File).

10 Disponível em http://www.tiobe.com/index.php/content/paperinfo/tpci/index.html Acesso em dez. 2015

Page 39: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

39

Figura 15 - Java x Dalvik

Fonte: Gargenta, 2011.

4.4. Arduino®

Os benefícios em se desenvolver aplicativos nas plataformas Android® e

IOS® são inúmeros devido à crescente oferta de dispositivos com estes sistemas.

O Android possibilita a comunicação com diversas plataformas, dentre elas o

Arduino utilizando-se de conexão Bluetooth (HUNOLD et al., 2014). Essa mesma

comunicação é possível de ser realizada com pouca configuração em dispositivos

IOS (BROWN, 2014).

O Arduino® foi proposto em 2005 no Interaction Design Institute na cidade

de Ivrea na Itália pelo professor Banzi e pelo pesquisador Cuartielles para ser

utilizado por seus alunos em seus projetos. O intuito era desenvolver um

microcontrolador com custo reduzido e uma plataforma que fosse utilizada por

qualquer pessoa (EVANS et al., 2013).

O Arduino® é uma pequena placa microcontrolada (ATMega) e porta de

conexão Universal Serial Bus (USB) que aceita a ligação com um computador

possuindo diversos outros terminais que permitem a conexão com dispositivos

externos, como motores, relés, sensores luminosos, Light Emiting Diode (LEDs) e

alto-falantes (MONK, 2013).

Page 40: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

40

O software da placa Arduino® é baseado no Processing, sendo uma

linguagem semelhante à linguagem de programação C, mas desenvolvida no

Massachusetts Institute of Technology (MIT- Instituto de Tecnologia de

Massachusetts) (BASTOS et al., 2010). A maior vantagem do Arduino sobre outras

plataformas de desenvolvimento de microcontroladores é a facilidade de sua

utilização, de modo que, pessoas que não são da área técnica podem,

rapidamente, aprender o básico e criar seus próprios projetos em um intervalo de

tempo relativamente curto (MCROBERTS, 2011).

Além disso, o software de programação é multiplataforma, o que significa

que este pode ser executado tanto em Windows, Linux ou IOS. Outro fato

interessante do Arduino® é que ele é um projeto gratuito. O software é Open Source,

o que facilita a sua disseminação, uma vez que, qualquer pessoa pode alterar sua

estrutura e até mesmo sua programação (MARGOLIS, 2011).

Uma grande vantagem está no custo de aquisição da placa, que é

relativamente baixo, além de existir uma comunidade ativa online de apoio

acessível em todo o mundo através dos fóruns de discussão (MARGOLIS, 2011).

Dentre as placas disponíveis, destacam-se as comercialmente disponíveis:

Arduino Uno, Nano, Mega e Lilypad (Fig. 16). As características destas placas são

descritas conforme o site do Arduino® (ARDUINO.CC, 2015).

Uno: 14 pinos digitais de entrada/saída, 6 entradas analógicas, um cristal de

quartzo 16 MHz, uma conexão USB e um conector de alimentação.

Nano: 14 pinos digitais de entrada/saída, 8 entradas analógicas, com 45 mm

de comprimento, 18mm de largura e 5g de peso.

Mega: 54 pinos digitais de entrada/saída, 16 entradas analógicas, 4 UARTs

(portas seriais de hardware), um cristal oscilador de 16 MHz, uma conexão

USB e um conector de alimentação.

Lilyped: Projetada para tecidos inteligentes, podendo ser costurada nos

mesmos. 14 pinos digitais de entrada/saída, 6 entradas analógicas, 8 MHZ

de velocidade. Pode ser alimentada através de conexão USB ou com uma

fonte de alimentação externa.

Page 41: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

41

Figura 16 - Versões Arduino®: (a) UNO, (b) Mega, (c) Nano, (d) Lilypad

(a) (b)

(c) (d)

Fonte: Arduino.cc

A utilização do Arduino® na versão Uno é simples. Basta conectá-lo a um

computador com um cabo USB, ou ligá-lo com uma bateria para começar. A placa

é de fácil manuseio e é possível utilizá-la sem grande preocupação, devido ao seu

custo reduzido (ARDUINO.CC, 2016)

Assim, desenvolvedores e técnicos podem solucionar problemas de forma

rápida e criar soluções acompanhando a realidade de projetos atuais. Por outro

lado, o Arduino® apresenta algumas limitações, como por exemplo, em relação a

sua programação. O Ambiente de Desenvolvimento Integrado (do inglês Integrated

Development Environment, cuja sigla correspondente é IDE) consome mais

memória que um programa escrito puramente em linguagem C através de outro

ambiente, além, disso durante a implementação em linguagem C, sua IDE não

possibilita a depuração e otimização de código (LIMA; VILLAÇA, 2012)

Outro fator diz respeito a facilidade para pirataria de hardware com a

produção de placas paralelas no mercado, já que é um projeto Open Source

(SIMÕES, 2015). Isto indica que a placa pode ser adaptada, mas sendo necessário

utilizar a licença General Public License (GPL) de empresas licenciadas. Para

apoiar o projeto Arduino os clientes devem estar cientes que placas paralelas não

contribuem em termos financeiros ou em documentação de software, o mesmo

Page 42: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

42

autor ressalta que os fabricantes oficiais atuais são SmartProjects na Itália,

Sparkfun nos EUA e DogHunter em Taiwan/China. Estes são os únicos fabricantes

que têm permissão para usar o logotipo do Arduino em suas placas (BANZI, 2013).

4.5 Protótipos

Este seção tem por objetivo apresentar o desenvolvimento da pesquisa para

criação de um aplicativo disponível nas plataformas Android e IOS com intermédio

de uma placa física Arduino na versão Uno. Ao mesmo tempo, distingue as etapas

da criação dos aplicativos que serão disponibilizados para controle de uma prótese

de mão impressa em 3D contribuindo para pesquisas OpenSource relacionadas a

criação de próteses biônicas de mão de baixo custo.

Inicialmente foi construído um protótipo de mão por meio de uma impressora

modelo Cubex, da 3D Systems, utilizando o polímero Ácido Polilático (PLA). Foi

utilizado o modelo de braço robótico do projeto InMoov, gerenciado pelo francês

Gael Langevin, e disponível para download, via sistema OpenSource11. A

realização dos movimentos flexão e extensão e as preensões são possíveis graças

ao acionamento dos dedos, individualmente, por pares de cabos e cinco

servomotores de alto torque (12,5kg/cm), modelo MG946R da TowardPro. Onde

cada um é responsável pelos movimentos de um dedo específico (Fig. 17 a e b).

Para receber estes sinais de controle e encaminhar à placa Arduino, foi

utilizada uma comunicação via Bluetooth®. De acordo com a Bluetooth SIG Inc®, a

tecnologia foi criada em 1994, e concebida como uma alternativa sem fio para

cabos de dados através do intercâmbio de dados, usando transmissões de rádio

com o objetivo de se ter um padrão aberto para permitir a conectividade e a

colaboração entre diferentes produtos e indústrias.

Para compatibilidade com a placa Arduino, é utilizada a placa Bluetooth HC-

06 que é um dispositivo relativamente barato e fácil de conectar diretamente a

qualquer microcontrolador sem a necessidade de soldas.

Para conexão ao Arduino basta conectar o pinos seriais para transmissão e

recepção (TX e RX), além da alimentação (RUBEN, 2014).

11 Disponível em <http://www.inmoov.fr/project/> Acesso em 17 jul. 2015.

Page 43: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

43

Figura 17 - Acoplamento entre servomotores e cabos acionadores

(a) Sentido de rotação das polias, em flexão e extensão

(b) Disposição de servomotores e cabos na prótese

Fonte: O autor.

A figura 18 exibe o diagrama esquemático para a ligação elétrica entre uma

placa Bluetooth HC-06 e um Arduino® Uno.

Servomotores acoplados

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Figura 18 - Placa HC6 ligada ao Arduino® UNO

Fonte: O autor.

Outra placa compatível com o Arduino® diz respeito ao HM10 (Fig. 19) que

se trata de um Bluetooth LE (Low Energy). Essa tecnologia está disponível nos

modelos mais recentes do iPhone© e como o nome sugere, usa menos energia do

que as comunicações sem fio Bluetooth padrão e é também conhecida como

Bluetooth inteligente ou Bluetooth 4.0 (BROUSELL, 2014),

Ambas as placas HC-06 e HM 10 possuem compatibilidade com o Arduino,

mas para o site da Apple o núcleo do Bluetooth LE fornece as classes necessárias

para o IOS e aplicativos Mac poderem se comunicar com dispositivos equipados

com esta tecnologia sem fio. (Melhorar parágrafo)

Figura 19 - Bluetooth HM10 (LE)

Fonte: O autor

Para controle dos movimentos enviados aos motores servos também foi

desenvolvido um aplicativo para dispositivo móvel a fim de gerenciar os sinais de

controle enviado aos servomotores. Para a construção desse aplicativo foi

necessário utilizar uma plataforma SDK (Software Development Kit), denominada

Eclipse que é uma plataforma de desenvolvimento de software livre extensível,

baseada em Java que foi criada em 2001 pela IBM, sendo uma estrutura e um

Page 45: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

45

conjunto de serviços para desenvolvimento de aplicativos. (GALLARDO;

ANISZCYK, 2012).

Uma outra SDK disponível para desenvolvimento em Android® se trata do

App Inventor que segundo o Instituto de Tecnologia de Massachusetts é uma

inovação para iniciantes em programação cujo objetivo é criar aplicativos e

transformar a complexidade de linguagens de textos em blocos de construção

visual através de movimentos simples de arrastar e soltar.

Ainda de acordo com o MIT (Massachusetts Institute of Technology) o App

Inventor foi criado pelo professor Mark Friedman e por Hal Abelson enquanto este

trabalhava no Google em 2009. O App Inventor funciona como um serviço web e é

administrado por uma equipe no centro de aprendizado para Mobile do MIT, o qual

é uma colaboração do Laboratório de Inteligência Artificial e do MIT Media Lab.

Assim, o uso do Eclipse na presente pesquisa se justifica por uma desvantagem

do App Inventor que corresponde ao fato de limitar a personalização do código em

uma aplicação. Esta desvantagem é uma das questões levantadas no FAQ

(Frequently Asked Questions) do MIT, uma delas é sobre a exportação de código

para Eclipse ou outras IDE’s. O site informa não ser possível gerar código Java no

App Inventor conforme Fig. 20:

Figura 20 - Questões levantadas

* Tradução livre: Posso desenvolver em App Inventor e exportar o código para o Eclipse ou outra IDE para trabalhar depois? Não. App Inventor não gera código Java.

Fonte: FAQ MIT12

Após a implementação em Java, foi acoplado ao Arduino® um circuito

eletrônico simplificado, composto por um LED (diodo emissor de luz) e um resistor.

Isto foi utilizado para testar a abertura da comunicação com a placa Arduino® via

Bluetooth® por interface de dispositivo móvel. Na sequência, o próximo passo foi

implementar um protótipo de tela em Java com dois botões que enviassem como

12 Disponível em http://appinventor.mit.edu/explore/content/faq.html

*

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46

sinal os caracteres ‘A’ ou ‘B’ (Fig. 21a).

Os botões implementados permitiam acender e apagar um LED. Como

consequência da verificação de conexão de abertura da porta de comunicação, foi

possível acoplar e controlar, simultaneamente um servomotor teste de 5,5V, e

adicionar Barras de Progresso para envio de informações sobre qual rotação o

servomotor deveria executar. (Fig. 21b). No caso do servomotor, o botão no

aplicativo enviava os sinais de modo análogo ao primeiro caso (botões), com a

diferença de que neste caso específico, à barra foram ajustados os ângulos de giro

do servo.

Figura 21 - Protótipo em Android

(A) (B)

Fonte: print screen da aplicação

O processo de comunicação pode ser descrito pelos recursos disponíveis na

plataforma de desenvolvimento Java, que possibilita a implementação de funções

acessíveis por módulo Bluetooth, utilizados para permitir o envio de sinais para a

placa HC-06, por meio das seguintes bibliotecas: BluetoothAdapter,

BluetoothDevice e BluetoothSocket.

O BluetoothAdapter representa em linguagem de programação o dispositivo

físico no qual a aplicação está rodando e o BluetoothDevice representa o dispositivo

com o qual a aplicação deseja enviar sinais. Já o BluetoothSocket permite abrir

uma conexão com dispositivos, possibilitando o início da comunicação para o envio

de sinais (SANTOS et al., 2012).

Barras de

Progresso

Page 47: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

47

5 RESULTADOS

5.1 Comunicação aplicativo/prótese

Com a conexão Bluetooth® implementada, foi possível criar uma tela em

aplicativo Android® com duas opções de movimento, sendo uma para controle

manual dos movimentos da prótese e outra para realização de movimentos

automáticos. Esta primeira tela tinha também como função, abrir a comunicação

BluetoothSocket para distribuir a conexão as outras telas (Fig. 22).

Figura 22 - Telas do Aplicativo em Interface Android

Fonte: print screen da aplicação

Os ícones do aplicativo e comunicação com a prótese são descritos na Tab 3.

que apresenta o ícone do aplicativo e a sua função em relação ao posicionamento

dos servomotores correspondentes aos dedos que executam o movimento.

Page 48: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

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TABELA 3 – Ícones de ação e comunicação com a Prótese

Ícone Aplicativo Movimento

Prótese

Preensão Força: Realiza movimento de todos

os motores servos para o ângulo 120º.

Preensão centrada: Rotaciona os quatro

motores para a posição 120º, exceto o quinto

motor correspondente ao dedo indicador.

Pinça: Rotaciona os motores correspondentes

aos dedos Indicador e Polegar para a posição

60º.

Voltar Movimentos: Todos os motores são

rotacionados ao ângulo 0º

Fonte: O autor

Similar às telas para Android® foi implementado uma Interface em sistema iOS®

Fig 23.

No entanto foi possível perceber a incompatibilidade desta interface com a placa

Bluetooth HC-06. Como solução utilizou uma nova placa Bluetooth BLE HM10.

Page 49: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

49

Figura 23 - Telas do Aplicativo em IOS

Fonte: print screen da aplicação

Em relação à comunicação entre o aplicativo/prótese no momento em que o

usuário solicita uma conexão à prótese, o aplicativo verifica se o Bluetooth® do

aparelho está ativado, caso contrário é informado que o mesmo seja ativado.

Quando a conexão com a placa Bluetooth® é estabelecida é possível que o

usuário escolha dentre os movimentos que deseja realizar, podendo estes serem

Automáticos ou Manuais.

Os movimentos automáticos são pré-definidos por ícone ou por voz. Caso o

usuário pressione um ícone do aplicativo na tela “Automático”, é enviado um sinal

à placa Bluetooth conectada ao Arduino®, onde o mesmo se encarrega de

direcionar os sinais até os servomotores da prótese.

O usuário pode escolher também se deseja realizar estes comandos por voz,

sendo necessário para isto ativar a conexão com a Internet.

Caso escolha os movimentos manuais será possível enviar sinais a cada

servomotor individual por meio de barras de progresso em interface ou por

movimentos individuais por comandos de voz.

A Fig. 24 exibe os componentes utilizados e todo aparato de controle sem fio

para os movimentos dos dedos, as figuras 25 e 26 mostram o Arduino® utilizado e

os testes iniciais realizados em um dispositivo Samsung Galaxy©. As figuras 27, 28

e 29 demonstram o processo de comunicação conforme descrito anteriormente.

Page 50: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

50

Figura 24 - Componentes utilizados

Fonte: O autor

Figura 25 - Arduino® Uno utilizado

Fonte: o autor.

Figura 26 – Disposição para teste em Samsung Galaxy©

Fonte: o autor.

Page 51: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

51

Figura 27 - Passos da Comunicação

Fonte: Elaborado pelo autor.

Figura 28- Movimentos Manuais

Fonte: Elaborado pelo autor

Page 52: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

52

Figura 29 - Movimentos Automáticos

Fonte: Elaborado pelo autor

6 - CONCLUSÕES E PROPOSTA DE CONTINUIDADE

Os aplicativos desenvolvidos aqui, são capazes de fornecer sinais a uma

prótese construída em impressora 3D, de forma que esta movimente os dedos em

flexão ou extensão, de modo independente, realizando certos tipos de preensões.

Para isso foram realizados testes para abertura de comunicação entre dispositivos

móveis e placas controladoras compatíveis com a prótese. Os testes foram realizados

de forma a verificar a forma de emissão e recepção dos sinais por ambos os

dispositivos: emissor (celular/tablet), receptor (placa Bluetooth®), controlador

(Arduino®) e atuadores (servomotores).

Foi possível verificar algumas dificuldades durante o desenvolvimento do

projeto. Dentre elas, destaca-se o carregamento do código fonte para a placa

Arduino®, durante a recepção e a emissão dos sinais, os quais não eram carregados

quando se acoplava a placa HC06 nas portas 0 e 1 do Arduino, exatamente as

indicadas pelo fabricante, com a finalidade de transmitir e receber estes sinais (TX,

Page 53: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

53

RX). Para resolver o problema, foi necessário habilitar a emissão e recepção nas

portas 10 e 11 do Arduino®, liberando então o carregamento do código fonte para esta

placa.

Em relação aos aplicativos desenvolvidos, sua programação dependia

essencialmente do estabelecimento e manutenção da conexão com a placa

Bluetooth®. Após isso, o desafio passou a ser o compartilhamento desta mesma

conexão para todas as telas, uma vez que, na alternância entre telas, havia uma perda

do sinal já estabelecido. Como solução, foi necessário criar uma classe própria, cujo

objetivo era manter a conexão com a placa HC06, bastando repassá-la às demais

telas.

Outra dificuldade encontrada foi na emissão de sinais por meio de barras de

progresso na interface do aplicativo. Era preciso enviar ao servomotor, o ângulo

desejado de rotação, no entanto, na placa Arduino® era necessário distinguir dos

demais, este sinal destinado exclusivamente a um servomotor específico. Ao enviar

os sinais a um dado servomotor, todos os outros eram indesejadamente executados.

Como solução foi necessário enviar além do ângulo de acionamento, um caractere

especificamente criado para identificação.

Posteriormente identificou-se uma incompatibilidade do sistema iOS® com o

dispositivo físico (placa) HC-06. Outra placa foi adquirida, e testes foram realizados

com o Bluetooth Low Energy HM 10 apontando eficácia na comunicação, permitindo

o envio de sinais por sistema iOS.

Como proposta de continuidade deseja-se avaliar a implementação de

comando de voz por meio do aplicativo disponível no sistema iOS® e também a

implementação de recursos em Android® para comunicação com a placa Bluetooth

Low Energy, centralizando a comunicação para os dois aplicativos em um mesmo

dispositivo Bluetooth®.

É oportuno e necessário, agradecer ao CNPq, pelo apoio financeiro, via

edital 84/2013, proc. 458649/2013-9, (Tecnologia Assistiva – Núcleos Nascentes)

sem o qual não seria possível o bom desenvolvimento desta pesquisa.

Durante o desenvolvimento deste estudo, foram apresentados e publicados os

seguintes trabalhos científicos:

- CAMARGO, Lísias, STOPPA, Marcelo. Desenvolvimento de Aplicativo de

Page 54: desenvolvimento de aplicativos móveis para controle de voz de

54

Controle de Próteses Biônicas de Mão para Sistemas Embarcados Móveis - Enciclopédia biosfera - sumário da edição v. 10 nº 19/2014, p.211. Edição especial - 2º seminário de integração: mestrado profissional em áreas interdisciplinares e de inovação. Recebido em: 28/10/2014 – Aprovado em: 05/11/2014 – Publicado em: 06/11/2014. CAMARGO, Lísias, STOPPA, Marcelo. Desenvolvimento de Aplicativo de Controle de Próteses Biônicas de Mão para Sistemas Embarcados Móveis - II Seminário de Integração: Mestrado Profissional em Áreas Interdisciplinares e de Inovação – SIMPAII, 2, 2014, Catalão, Universidade Federal de Goiás, 2014. - CAMARGO, Lísias, STOPPA, Marcelo. Controle sem fio por Dispositivos Móveis de Prótese Biônica de Mão. III Seminário de Pesquisa, Pós-Graduação e Inovação_RC-UF. Apresentação Oral, recomendado para publicação em 28/10/2015.

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ANEXO: Orçamento Prótese Michelangelo®.

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