os novos desafios da engenharia na biomecânica e na ...- registo da frequência cardíaca (duplo),...

18 setembro 2016 Dia Regional do Engenheiro 1

Mário A P Vaz Professor Dep. Engª Mecânica FEUPExecutive Board of LABIOMEP

www.labiomep.up.pthttps://www.facebook.com/LABIOMEP?fref=ts

Os novos desafios da Engenharia na Biomecânica e na Segurança Ocupacional/Operacional

http://www.labiomep.up.pt/

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FMUP

(Medicine)

FADEUP

(Sports)

ICBAS

(Medicine)

FEUP

(Engineering)

FCUP

(Sciences)FMDUP

(Orthodontics)

LABIOMEP - Centro de Competências UP


O estudo das forças e dos efeitos das

forças produzidas e que atuam sobre

os sistemas biológicos

LAboratório de BIOMEcânica do Porto

Porto Biomechanics Laboratory


Centro de Competências em Biomecânica

Vice-Reitor I&D + I – Isabel Ramos (Professora Catedrática)

Executive Board

- J. Paulo Vilas-Boas (FADEUP) (Professor Catedrático)

- José Amarante (FMUP) (Professor Catedrático)

- Mário Vaz (FEUP) (Professor Associado com Agregação)

- Reis Campos (FMDUP) (Professor Associado com Agregação)

- Rui Miranda Guedes (FEUP) (Professor Associado com Agregação)

- Ricardo Fernandes (FADEUP) (Professor Auxiliar com Agregação)

Staff:- Pedro Fonseca, M.Sc.

(Eng. Biomédico)

LABIOMEP – Organização


LABIOMEP – Missão


AREAS DE INTERVENÇÃO• ANÁLISE DO MOVIMENTO E DA INTERFERÊNCIA NO MOVIMENTO

• Ortopedia, geriatria (quedas) • Medicina dentária (ortodontia, prótese)• Ergonomia (Saúde e Higiene Ocupacionais)

• CARATERIZAÇÃO DE MATERIAL DESPORTIVO• Surf • Ténis• Futebol• Hóquei em Patins• Natação• Canoagem e Remo• Caminhada e corrida (Ultra maratona) • Ciclismo• Desporto Adaptado (Boccia, basquet)

• CARATERIZAÇÃO E CERTIFICAÇÃO DE PISOS• Pisos Desportivos• Pisos de utilização Pública

• SENSORES E MATERIAIS


CARACTERIZAÇÃO DO TREINO DESPORTIVO (Remo)

Rowing Nuno Mendes - Pedro Fraga (Olympic team)


CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAL DESPORTIVO (flatwater kayak)

PhD Beatriz Gomes (Olympic Team)


• Propriedades do Kayak (personalização)

• Caraterização do Movimento• Força na Pagaia• Velocidade vs Técnica

CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAL DESPORTIVO (flatwater kayak)

PhD Beatriz Gomes (Olympic Team)


CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAL DESPORTIVO (Boccia)(Master – Débora Lira )

50,0

55,0

60,0

65,0

70,0

75,0

80,0

85,0

90,0

0 50 100 150 200

Sti

ffn

ess (

mm

)

Sample


CARACTERIZAÇÃO DE MATERIAL DESPORTIVO (Swimming)(Starting Block – Patente: UPIN PAT. 212/15 )

https://www.youtube.com/watch?v=nIPBpIZjbmg

https://www.youtube.com/watch?v=nIPBpIZjbmg


CARACTERIZAÇÃO PARÂMETROS BIOMÉTRICOS (Swimming)


BIOSWIM

Full System

CARACTERIZAÇÃO PARÂMETROS BIOMÉTRICOS (Swimming)BIOSWIM (U Minho, U Porto)


CARACTERIZAÇÃO PARÂMETROS BIOMÉTRICOS (Training)BIOSWIM (U Minho, U Porto)

BIOSWIM

Kinematics - iNERTIAL

Sinal EMG eléctrodo Ag/AgCl

Sinal EMG eléctrodo têxtil



BIOSWIM

ECG



0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500-110

-100

-90

-80

-70

-60

-50

-40

-30

-20

Frequecy (Hz)

Po

we

r (d

B)

BIOPAC

BIOSWIM

BIOSWIM

ECG

Norav


BIOSWIM

Breathing

Termístor (NTC da Smiths Medical)

Precisão de 0.2 ºC

Resistência variável de 850Ω a 2KΩ, para uma gama de temperaturas entre os 30 e 45 º C, c/ resposta praticamente

linear.

BIOSWIM

Thermic



CARACTERIZAÇÃO PARÂMETROS BIOMÉTRICOS (Day life)(U Minho, U Porto, INESC)

ProLimb

A Wearable Sensor Network for Human Locomotion Data Capture

Electronic Sensing for the Prophylaxis of Lower Limb Pathologies

New practical and non-invasive electronic instrument for measuring human locomotion parametersProvide objective data for the evaluation of gait disorders clinical or laboratory environmentAnd also in the daily life of the patient

ProLimb is financed by FCT (PTDC/EEA-ELC/103683/2008)


• Peça de vestuário utilizável com conforto (par de meias ou meias-calças)

• Uma infraestrutura simples construída para recolher informação durante longos períodos

• A eletrónica integra acelerómetros, giroscópios e sensores de sEMG organizados por nodos sensores (SN)

• Sensores integrados nos tecidos (têxteis técnicos)


ProLimb

Fio multifilamento coberto por nano partículas



ProLimb

ga

stro

cne

miu

s

Aceleração

Movimento angular


DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS (Têxteis 3D)

ORTÓTESESPrevenção de lesões noPé diabético


DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS

phenolic foams Shape acquisition Point cloud STL contour

Topografia plantar e distribuição de pressões

Criação de base de dados “footprints (3D)”

STAR SHOE


Imagem Médica e formas complexas

CT Scan, MRA Tecidos moles, ossos, cartilagens, ….



http://www.darpa.mil/NewsEvents/Releases/2013/05/22.aspx

FADEUP, ESTSP, CTCP,INEGI, KBRINCA,KLAVENESS e CALAFE

http://www.darpa.mil/NewsEvents/Releases/2013/05/22.aspx


Propriedades Mecânicas de tecidos vivos

Tecidos moles (Pavimento pélvico)

Campo de deslocamentos medido com correlação digital de imagem (DIC)



Cordões Termolplásticos biodegradáveis para cirurgia ligamentar (André V. et al, 2011)

Principais Características• Biocompatibilidade• Compatibilidade funcional• Biodegradável



•Propriedades Dinâmicas da Raquete (personalização, rigidez, massa, inércia )

•Caraterização das Batidas•Estratégia de Batida•Velocidade da Bola

DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS (Raquete)


Sensores Pressão e Pressão plantar

Posicionamento dos pés

Equilíbrio (Centro de Pressão)

IMU – Central Inercial

Movimentos da prancha

Direção

Velocidade

Aceleração

DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS (Raquete)


PISOS DE GINÁSTICA DESPORTIVA

• Amortecimento• Coeficiente de Restituição• Deformação devida ao Impacto• Força Máxima

Apoio à certificação




4DDynamics Mephisto CX-PRO

TESTE DE NOVOS FATOS DESPORTIVOS



TESTE DE NOVOS FATOS DESPORTIVOS


DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOSNOVOS STIQUES E PATINS QUADHóquei em Patins


•Resistência ao Rolamento•Resistência à Torção•Amortecimento•Coeficiente de Restituição•Deformação devida ao Impacto

DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS E SERVIÇOS


DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS E SERVIÇOS

TERMORREGULAÇÃO

EvaporaçãoConvecção

Transpiração

VasodilataçãoVasoconstrição

MetabolismoCirculaçãoTremores

Radiação solarCalor difusoRadiação Infra Vermelha

Condução

SIMULAÇÃO NUMÉRICA

ASSINATURA TÉRMICA

Joana Guedes (PhD - LABIOMEP)

TERMORREGULAÇÃO FISIOLÓGICA

(CRIAÇÃO DE UM MODELO)


HOSPITAL MILITAR REGIONAL Nº1 - D. PEDRO V

Indicadores de hemograma e química do sangue (proteína de choque térmico HSP70)

LABORATÓRIO DE BIOMECÂNICA DA UP – LABIOMEP/FEUP

Ensaios ao nível dos instrumentos de força com marcha (com e sem carga) e corrida:

- consumo de O2 e a produção de CO2,

- registo da frequência cardíaca (duplo), ECG 12 derivações.

- medição da temperatura corporal interna e da pele durante o esforço,

- medições do lactato sanguíneo antes e após o esforço (0’, 3’, 5’ e 7’)

- registo de atividade cerebral com eletroencefalograma (ECG) conjugado com testes de

avaliação psicotécnica e avaliação da perceção subjetiva do esforço.

DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS E SERVIÇOS


DESENVOLVIMENTO DE PRODUTOS E SERVIÇOS (botas, fardas, rações, …)


DESENVOLVIMENTO DE NOVOS PRODUTOS DE PROTEÇÃO

Sobrevivência,Trabalho emCondições extremas


BIOMECÃNICA vs APLICAÇÕES

ConfortoProteção

QuímicaBiológica(doenças)Mecânica(lesões)

EstimulaçãoElétricaMecânica

LesõesPrevenção recuperação

ConhecimentoBio mimetismoMetabolismo

Resposta às CargasTecidosPerformance

MonitorizaçãoPrevenção de doençasPosto de TrabalhoPrevenção de lesõesPrevenção de acidentes (Fator humano)


CONCLUSÕES

• A Biomecânica é transversal e exige uma abordagem multidisciplinar

• O conhecimento do movimento dos seres vivos é fundamental para desenvolver produtos e serviços necessários ao seu bem estar

• As parcerias com instituições e empresas permitem desenvolver novos produtos com elevado valor acrescentado

• Novos têxteis podem ser desenvolvidos de acordo com a aplicação

• A incorporação de sensores nos tecidos permite novas soluções de monitorização do movimento e da atividade biológica

• Situações climáticas extremas exigem soluções de elevado desempenho na monitorização de vida e sua proteção (bombeiros, militares,…)

• Apesar dos sucessos já alcançados ainda existe muito a fazer


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OBRIGADO

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