Título
Wearable and IoT technologies application for physical rehabilitation
Autor
Alexandre, Ricardo José Farinha
Resumo
pt
Este trabalho de pesquisa consiste no desenvolvimento de uma solução de Reabilitação
Física IoT baseada em dispositivos de vestuário, combinando um conjunto de luvas
inteligentes e uma fita-de-cabeça inteligente para utilização em interações naturais com
um conjunto de jogos terapêuticos sérios de Realidade Virtual desenvolvidos na
plataforma de jogos Unity 3D. O sistema permite realizar sessões de treino para
reabilitação motora de mãos e dedos.
A aquisição de dados é realizada pela plataforma de computação Arduino utilizando um
Microcontrolador Nano com ADC (Conversor Analógico-Digital) conectado aos canais
de medição analógicos materializados por sensores de força piezo-resistivos e a um
módulo IMU por I2C. A comunicação de dados é realizada usando o protocolo de
comunicação sem fio Bluetooth. A fita-de-cabeça inteligente, projetada para ser usada
como controlador de primeira pessoa nos cenários de jogo, será responsável por coletar o
valor de rotação da cabeça do paciente, esse parâmetro será usado como valor de rotação
da cabeça do avatar do jogador, aproximando o utilizador e o ambiente virtual de forma
semi-imersiva.
Os dados adquiridos são armazenados e processados num servidor remoto, o que ajudará
o fisioterapeuta a avaliar o desempenho dos pacientes em diferentes atividades físicas
durante uma sessão de reabilitação, utilizando uma Aplicação Móvel desenvolvido para
configuração de jogos e visualização de resultados.
A utilização de jogos sérios permite que um paciente com deficiências motoras realize
exercícios de forma altamente interativa e não intrusiva, com base em diferentes cenários
de Realidade Virtual, contribuindo para aumentar a motivação durante o processo de
reabilitação.
O sistema permite realizar um número ilimitado de sessões de treinamento, possibilitando
visualizar valores históricos e comparar os resultados das diferentes sessões realizadas,
para a evolução objetiva do resultado da reabilitação. Algumas métricas associadas aos
exercícios dos membros superiores também foram consideradas para caracterizar o
movimento do paciente durante a sessão.
en
This research consists in the development an IoT Physical Rehabilitation solution based
on wearable devices, combining a set of smart gloves and smart headband for use in
natural interactions with a set of VR therapeutic serious games developed on the Unity
3D gaming platform. The system permits to perform training sessions for hands and
fingers motor rehabilitation.
Data acquisition is performed by Arduino Nano Microcontroller computation platform
with ADC connected to the analog measurement channels materialized by piezo-resistive
force sensors and connected to an IMU module via I2C. Data communication is performed
using the Bluetooth wireless communication protocol. The smart headband, designed to
be used as a first- person-controller in game scenes, will be responsible for collecting the
patient's head rotation value, this parameter will be used as the player's avatar head
rotation value, approaching the user and the virtual environment in a semi-immersive
way.
The acquired data are stored and processed on a remote server, which will help the
physiotherapist to evaluate the patients' performance around the different physical
activities during a rehabilitation session, using a Mobile Application developed for the
configuration of games and visualization of results.
The use of serious games allows a patient with motor impairments to perform exercises
in a highly interactive and non-intrusive way, based on different scenarios of Virtual
Reality, contributing to increase the motivation during the rehabilitation process.
The system allows to perform an unlimited number of training sessions, making possible
to visualize historical values and compare the results of the different performed sessions,
for objective evolution of rehabilitation outcome. Some metrics associated with upper
limb exercises were also considered to characterize the patient’s movement during the
session.