14. Biomecânica – Mecanobiologia – Bioengenharia

CIBEM-2017-Capa

O CIBEM constitui um fórum de discussão que abrange desde os temas mais clássicos, aos mais atuais (biomecânica, novos materiais, nanotecnologias, microfluídos, novas fontes energéticas, novos conceitos de desenvolvimento de produtos, modelações avançadas, manufatura digital) suscitando grandes desafios aos profissionais, como por exemplo a interação e integração com outras engenharias que os novos ambientes baseados na Indústria 4.0 requerem.

A transformação digital a que assistimos suscita desafios interessantíssimos à Engenharia Mecânica. Os profissionais de Engenharia Mecânica, particularmente os oriundos do espaço Ibero-americano, são agentes determinantes para a operacionalização dessa transformação, a qual potenciará a aceleração do desenvolvimento dos países desta importante região. Criando novos produtos, novos processos produtivos ou novos materiais, os Engenheiros Mecânicos concretizam a Inovação!

Áreas Temáticas

A. Ciências Aplicadas

14. Biomecânica – Mecanobiologia - Bioengenharia

     ANÁLISIS DE PARÁMETROS DE LESIÓN DE LA PIERNA DEL PEATÓN EN CASO DE ATROPELLO MEDIANTE ELEMENTOS FINITOS

Resumo

Aproximadamente la mitad de las muertes mundiales por accidente de tráfico corresponden a los llamados usuarios vulnerables de la vía. Entre ellos, los peatones son el elemento más débil. Es fundamental el papel que juegan los fabricantes de automóviles en la protección al peatón, ya que el diseño del vehículo puede influir significativamente en la gravedad del atropello. Los vehículos deben superar unos requisitos mínimos de seguridad. Estos ensayos de homologación son destructivos y suponen considerables costos de tiempo y económicos. Este problema se resuelve mediante ensayos virtuales, una fuerte alternativa a los tests reales, especialmente en pruebas repetitivas como es el caso de la simulación de un atropello. Por ello, en este estudio se simularán una serie de atropellos utilizando un software de elementos finitos (ANSYS Ls-Dyna). En ellos, se analizarán factores como la velocidad de impacto, la posición del peatón y el material y la altura del frontal del vehículo, así como su influencia en la gravedad de una de las zonas del peatón más frecuentemente lesionadas, las extremidades inferiores. Los parámetros de lesión de la pierna utilizados, que corresponden con los utilizados en la reglamentación, son: la aceleración del extremo superior de la tibia, el desplazamiento de rotura dinámica de la rodilla y el ángulo de flexión dinámica de la rodilla. Los resultados muestran que la probabilidad de sufrir lesiones aumenta exponencialmente con la velocidad. Queda demostrado, también, que en un atropello frontal los ligamentos se pueden ver seriamente afectados desde velocidades bajas, mientras que en un atropello lateral, es la tibia la que tiene mayor probabilidad de lesión. Además, se observa que aleaciones de aluminio mejoran considerablemente la protección al peatón. En cuanto a la altura del frontal, cuanto menor sea ésta, más afectados se encuentran los ligamentos; mientras que a mayor altura, mayor protección se ofrece a la tibia.

Palavras chaves: peatón, atropello, seguridad, simulación, elementos finitos

     Santos Cuadros, Silvia, Álvarez-Caldas, Carolina, San Román García, José Luis


     ANÁLISE DAS VIBRAÇÕES LIVRES DA CUPULA DO OUVIDO INTERNO

Resumo

O sistema vestibular é a parte do ouvido interno responsável pelo equilíbrio do corpo humano. Esta estrutura apresenta dimensões muito reduzidas de aproximadamente 8 mm, sendo uma das suas estruturas um conjunto de três canais semicirculares que se encontram em três planos ortogonais. A cúpula que se encontra no interior de cada canal é uma estrutura muito sensível a acelerações angulares. Deste modo é possível a criação de impulsos eléctricos dando indicação ao cérebro dos movimentos efectuados. Um dos sintomas mais comuns, principalmente em idosos, é a vertigem; a qual ocorre grande parte das vezes associada a distúrbios do sistema vestibular. Uma destas ocasiões corresponde à presença de otocónias, as quais estão presentes numa outra estrutura do sistema vestibular, e por algum motivo se deslocam e permanecem acopladas à cúpula induzindo uma falsa sensação de vertigem. De modo a compreender a resposta dinâmica da cúpula foi necessário obter os seus modos de vibração livres. Um modelo 3D computacional da cúpula foi construído com base das dimensões encontradas na literatura. Neste trabalho, dois métodos de discretização foram utilizados: o métodos dos elementos finitos (MEF) e o método do interpoladores radiais pontuais (RPIM), este último um método sem malha. Os métodos sem malha permitem obter directamente a distribuição nodal (que discretiza o problema) através de imagens médicas. Os resultados obtidos foram semelhantes em ambos os métodos. No entanto, foi verificado que a solução obtida com RPIM é mais suave que a apresentada pelo MEF. Com a obtenção das frequências naturais de vibração da cúpula através deste estudo será possível no futuro induzir através de uma frequência de som ou ultra-som uma vibração na cúpula que irá remover as otocónias da sua estrutura.

Palavras chaves: Sistema vestibular, Biomecânica, Modelo Computacional, Meshless.

     Carla F. Santos, Jorge Belinha, Fernanda Gentil, Marco Parente, Bruno Areias e Renato Natal Jorge


     NEW BONE REMODELING ALGORITHM COMBINING CELLULAR DYNAMICS AND MECHANICAL LOADING

Resumo

Bone has a differentiated behavior according to the load. Through remodeling, its internal structural organization adapts to the stress state, forming or resorbing bone during this process. Thanks to several biological studies, the key interveners on this process have been identified, being the osteoclasts responsible for bone’s resorption and the osteoblasts for bone’s formation. Therefore, this work proposes a model aiming to reproduce bone remodeling using mathematical formulations that combine both the mechanical and biological components of the process. Thus, it is assumed that bone cells’ response is regulated by a set of autocrine and paracrine factors that are determined according to a mechanical stimulus. The mechanical analysis is performed using three distinct numerical techniques, namely the Finite Element Method (FEM), the Radial Point Interpolation Method (RPIM) and the Natural Neighbor Radial Point Interpolation Method (NNRPIM). Then, the field of the principal stresses obtained during this analysis and the autocrine and paracrine signaling parameters are combined in a set of functions that can reproduce three different behaviors: decrease, stabilization and increase of bone mass. The implemented algorithm was tested with a twodimensional bone patch, allowing a micro-scale analysis in time and space. The novel approach proposed in this work has been successfully applied, showing that the autocrine and paracrine signaling adapted to the mechanical stimulus produces results coherent with the data existent in the literature.

Palavras chave: The authors truly acknowledge the funding provided by Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior – Fundação para a Ciência e a Tecnologia (Portugal), under grants: SFRH/BPD/111020/2015 and by project funding UID/EMS/50022/2013. Additionally, the authors gratefully acknowledge the funding of Project NORTE-01-0145-FEDER-000022 – SciTech – Science and Technology for Competitive and Sustainable Industries, co-financed by (NORTE2020), through (FEDER).

     Madalena Peyroteo, Jorge Belinha, Susana Vinga, Lúcia Dinis, Renato Natal Jorge


     EVALUACIÓN DEL COMPORTAMIENTO MECÁNICO DEL DISCO INTERVERTEBRAL USANDO UNA FUNCIÓN YEOH Y UNA MOONEY-RIVLIN EN UN MODELO DE ELEMENTOS FINITOS

Resumo

Debido a su importancia en el comportamiento mecánico de la columna vetebral humana, el disco intervertebral (DIV) ha tenido especial atención durante el desarrollo de modelos de elementos finitos (EF) de la columna. El comportamiento del DIV es no-lineal, heterogéneo y anisotrópico por efecto de su estructura. Debido a su baja permeabilidad el comportamiento mecánico del DIV se suele aproximar mediante modelos hiperelásticos. El DIV esta compuesto por el núcleo pulposo, el cartílago terminal y el anillo fibroso. Particularmente, el anillo fibroso esta formado por una matriz hiperelástica reforzada con varias familias de fibras y, se han usado diferentes funciones de energía para modelar su comportamiento. Por tanto, el objetivo de este trabajo fue realizar un análisis comparativo de dos de las funciones de energía más usadas para representar el comportamiento mecánico de la matriz del anillo fibroso, Yeoh y Mooney-Rivlin. Se usó un modelo de EF del anillo fibroso del segmento L4-L5 y se sometió a momentos en los tres ejes ortogonales usando el software Abaqus. Para modelar el comportamiento de las fibras del anillo se usó una función de energía exponencial. Se definió una malla estructurada de ocho divisiones a lo largo de su altura y ocho radiales con 7448 elementos hexaedro de 8 nodos para el anillo y elementos tetraedros para las placas terminales. Se usó un total de 16 familias de fibras que varían radialmente del exterior al interior entre 25o y 46o. Las constantes usadas para cada una de las funciones de energía se incrementaron y disminuyeron en un 500% a partir de valores experimentales reportados en la literatura. Se obtuvo el valor del ajuste del rango de movimiento (ROM) del modelo de EF con datos experimentales. Se encontró que la función Yeoh de segundo orden se aproxima mejor al comportamiento experimental del segmento.

Palavras chaves: Elementos Finitos, Hiperelástico, Disco Intervertebral, Yeoh, Mooney-Rivlin

     Héctor Enrique Jaramillo Suárez


     MODELADO Y ANÁLISIS BIOMECÁNICO DEL COMPORTAMIENTO DE UNA PRÓTESIS PARCIAL FIJA EN VOLADIZO USANDO EL MÉTODO DE ELEMENTOS FINITOS

Resumo

A partir de la información médica de una tomografía computarizada (TAC), se determina la factibilidad mecánica del uso de una Prótesis Parcial Fija en Voladizo (PPFV) con un diente pilar en la zona posterior del maxilar inferior, específicamente en el diente 46 (numeración FDI). Para lograr esto, se generan modelos tridimensionales utilizando softwares como Mimics®, y se analizan con el Método de Elementos Finitos mediante el uso de ANSYS®. Para poder definir completamente el problema, se establece las condiciones mecánicas a las que está expuesta todo el sistema mandíbula-prótesis, desde la ubicación de los puntos de acción musculares, hasta las propiedades mecánicas isotrópicas de cada uno de sus componentes. El análisis del sistema abarca el estudio de las variables mecánicas como esfuerzos y deformaciones, y a partir de estos, generar un análisis de falla. Se definen dos grupos de comparación: material de prótesis y ángulo de tallado, para observar el efecto que tienen. Los resultados muestran que, bajo las condiciones establecidas, el ligamento periodontal y el diente fallan mecánicamente, lo que indica la no factibilidad del uso de la PPFV, por lo menos para el paciente. Por otro lado, el análisis comparativo de material muestra que, de los materiales usados, el grupo de CoCr es el que mejor resiste estas condiciones. Finalmente, el ángulo de tallado que presenta una mejor retención entre los propuestos es de 10°.

Palavras chave: Prótesis Parcial Fija en Voladizo, Elementos Finitos, Esfuerzos en dientes, Maxilar inferior

     Julian Cadena, Christian Vargas, Diego Villegas


     SÍNTESIS EVOLUTIVA DE MECANISMOS APLICADA AL DISEÑO DE UN EXOESQUELETO PARA LA REHABILITACIÓN DE LOS DEDOS DE LA MANO

Resumo

El movimiento pasivo es una técnica recomendada para la rehabilitación de ciertas lesiones de los dedos de la mano. Los ejercicios se realizan con ayuda de un fisioterapeuta en sesiones de pocos minutos varias veces al día. En los últimos años se han presentado diversos exoesqueletos para mover los dedos de la mano de forma controlada, que podrían ayudar al fisioterapeuta en esta tarea. Sin embargo, estos dispositivos no se han popularizado, principalmente debido a su complejidad y elevado precio. Esto es debido a que han sido concebidos como dispositivos flexibles que se pueden adaptar a diferentes tareas, aplicando no sólo movimiento pasivo, sino ayudando también al movimiento activo. Para ello, disponen de un elevado número de grados de libertad e incorporan sensores para medir la fuerza realizada por el paciente. En este trabajo se presenta un exoesqueleto desarrollado específicamente para la rehabilitación de los dedos de la mano con movimiento pasivo. El dispositivo es sencillo, económico y fácil de fabricar. La aplicación de técnicas evolutivas de síntesis de mecanismos, permite el diseño personalizado del dispositivo para que reproduzca con precisión el movimiento del dedo de la mano de cada paciente con un solo grado de libertad. En este trabajo se explica el proceso completo, desde la síntesis del mecanismo adaptado a las características del dedo del paciente, hasta la simulación del resultado y la fabricación del exoesqueleto con una impresora 3D. Según el tipo de lesión, los requerimientos del dispositivo pueden variar, por lo que se proponen distintas soluciones para cada caso.

Palavras chave: exoesqueleto dedo, síntesis de mecanismos, algoritmos evolutivos

     Alex Bataller, Juan Antonio Cabrera, Juan Jesús Castillo, Fernando Nadal


     DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE MOLDEO POR COMPRESIÓN DE MATERIALES COMPUESTOS FABRICADOS CON MADERA CAPIRONA (CALYCOPHYLLUM SPRUCEANUM) RECUPERADA Y POLIPROPILENO RECICLADO

Resumo

El estudio de la actividad muscular en el antebrazo en actividades de la vida diaria (AVD) puede ser útil en la evaluación funcional de la mano y su rehabilitación, o para el control de prótesis de mano, entre otros. La electromiografía de superficie (sEMG) permite registrar la contracción voluntaria del músculo, si bien la señal depende de la posición de los electrodos sobre el músculo, y puede verse afectada por músculos colindantes. En el antebrazo se encuentran 20 músculos que accionan la mano, superpuestos unos a otros, siendo prácticamente imposible aislar la señal sEMG de cada uno. Una alternativa de caracterización es el barrido de la superficie del antebrazo. Una distribución estandarizada de los electrodos permitiría comparar diferentes sujetos y poblaciones. Las señales sEMG, por otra parte, también deben ser adquiridas en condiciones controladas y sobre AVD estandarizadas. Así, será posible conocer qué zonas se activan en diferentes momentos de actividades clave. En este trabajo se discretiza la superficie del antebrazo de un sujeto mediante una retícula trazada a partir de marcas anatómicas altamente reproducibles. La retícula define 30 zonas diferentes, en cuyo centro se colocan los electrodos de sEMG. Para la normalización de las señales se registran 11 esfuerzos controlados en diferentes direcciones. Siguiendo las instrucciones del operario, el sujeto realiza primero los esfuerzos máximos voluntarios, y a continuación realiza 6 AVD perfectamente estandarizadas. Las señales de sEMG son filtradas, suavizadas y normalizadas. Como resultado se muestra la evolución de la actividad muscular en cada zona durante cada AVD, se presentan las correlaciones entre zonas para cada AVD, y las diferencias observadas entre AVD para cada zona.

Palavras chave: distribución de actividad muscular, actividades de la vida diaria, estandarización, antebrazo, EMG de superficie

     Néstor J. Jarque-Bou, Joaquín L. Sancho-Bru, Margarita Vergara


     EFECTO DEL USO DE PRODUCTOS ADAPTADOS EN LA POSTURA DEL MIEMBRO SUPERIOR DURANTE ACTIVIDADES DE LA VIDA DIARIA

Resumo

El envejecimiento y diferentes patologías reducen la movilidad y la fuerza del agarre humano, afectando al desarrollo de las actividades de la vida diaria (AVD). Para reducir estos efectos existen diferentes productos comerciales adaptados que intentan suplir la dificultad de agarre de algunos productos. No obstante, hay poca información acerca de cómo afectan en la postura final de todo el miembro superior. El propósito de este trabajo es estudiar el efecto que tiene el uso de estos productos adaptados no solo en la postura de mano sino también en la postura del miembro superior, para así poder contribuir a una mejor prescripción y diseño de los mismos.


Se pidió a 10 sujetos sanos que realizasen 15 AVD de campos importantes para la independencia personal (alimentación, movilidad, cuidado personal) con productos normales y con productos adaptados equivalentes. Se grabaron en vídeo y se analizaron para estudiar las posturas del hombro, codo y muñeca, el tipo de agarre utilizado y las zonas de la mano que contactan con el objeto. Como era de esperar por el tipo de producto, los agarres de precisión como el tipo pinza son menos empleados en producto adaptado, siendo más comunes los agarres de tipo oblicuo. Además, en el producto adaptado hay más contacto de los dedos y la palma de la mano, y menos del pulgar, mientras que en los productos normales el contacto del pulgar es más frecuente, y menor el contacto con la palma de la mano. Además, también se aprecian posturas menos neutras en muñeca, codo y hombro, para compensar la movilidad perdida por el uso de agarres más estables que incluyen la palma, en lugar de agarres de precisión que sólo involucran los dedos.

Palavras chaves: miembro superior, producto adaptado, posturas, actividades de la vida diaria, agarre

     Alba Roda-Sales, Margarita Vergara, Verónica Gracia-Ibáñez, Joaquín L. Sancho-Bru


     ANÁLISIS ERGONÓMICO DEL PUESTO DE CONDUCCIÓN: FRENO DE MANO

Resumo

Los diferentes elementos en un vehículo sobre los que un conductor puede interactuar de forma física y directa se pueden separar en dos campos principalmente: aquellos de mando accionados con miembros superiores (volante, caja de cambios, …) y aquellos que lo hacen con las extremidades inferiores (pedales de embrague, freno y acelerador). El diseño de alguno de estos mandos, como los pedales y el freno de mano, hará que la manejabilidad del vehículo, y por ende la seguridad, se vean afectadas, siendo uno de los elementos que más pueden influir en el puesto de conducción, ya que de ello depende en gran parte la posición ergonómica que el conductor tomará, lo que puede generar algunos efectos negativos como la fatiga muscular y/o incomodidad.


Para poder valorar la ergonomía existen diferentes métodos de análisis tales como: OWAS, RULA, REBA u OCRA, entre otros.


Este artículo se centrará en emplear alguno de estos métodos tomando como base una serie de ensayos realizados al respecto. Para ello se ha instrumentado un vehículo obteniendo datos sobre valores y posturas adoptadas por el conductor con objeto de analizar y comparar los resultados obtenidos para diferentes usuarios, de diversas edades, constituciones y experiencia al volante.

Palavras chaves: vehículo, ergonomía, biomecánica, RULA.

     Sergio Fuentes, Ester Olmeda, María Garrosa, Vicente Díaz


     SELECTION OF FACILITY MANAGEMENT KPIS TO MANAGE HOSPITAL INFRASTRUCTURE IN COLOMBIA

Resumo

The following paper has focused on the identification of Key Performance Indicators (KPIs) and their categorization as part of the measurement of the infrastructure performance carried out by the organization managers. The lack of an adequate KPIs homogenization within the Health Services Institutions (HSP) prevents the widespread use of performance measures for Facility Management (FM) in the Colombian health sector. This work presents a compilation and classification of Facility Management KPIs through a process of technological management, taking into account the international authors and examining their approaches in the health sector. These indicators work as an efficient measurement system that aim to reveal the direction of the infrastructure management in a HSP. Its use tend to reduce the high quantity of data that infrastructure managers handle, and can bring a more concise and practical amount of information for FM professionals in the health sector. By means of this research, the authors intend to shed light on the alignment of physical asset management with respect to the HSP policies, plans, strategies and objectives, and spark an interest in the analysis of KPIs in future studies, with the intention of generating indicators that combined with the goals and objectives of the organization attempt to optimize the HSP infrastructure management in Colombia.

Palavras chave: Physical Asset Management, Facility Management, Infrastructure Management, Healthcare, KPI.

     M. Madroñal, B.J. Galeano, J.D. Fernandez, N.J. Escobar


     NUEVAS METODOLOGÍAS DE ENSAYO EN LA CARACTERIZACIÓN DEL COMPORTAMIENTO BIOMECÁNICO DE LOS MATERIALES IMPLICADOS EN LAS RECONSTRUCCIONES DEL LIGAMENTO CRUZADO ANTERIOR REALIZADAS UTILIZANDO TORNILLO INTERFERENCIAL. MODELIZACIÓN Y SIMULACIÓN

Resumo

El objetivo fundamental de este trabajo es la optimización y personalización de las reconstrucciones de ligamento cruzado anterior (LCA). Para ello, se define una nueva metodología y se desarrolla un amplio procedimiento experimental centrado la caracterización mecánica y biomecánica de los distintos elementos que intervienen en la reconstrucción del LCA (hueso-plastia-tornillo interferencial). Se dispondrá de muestras in vitro de todos los elementos que conforman la unión, así como de reconstrucciones llevadas a cabo con diferentes relaciones de diámetro_tornillo/túnel. En concreto, se va a utilizar el ensayo miniatura de punzonado o Small Punch Test (SPT) para la caracterización mecánica de las distintas zonas del hueso tibial, así como de los tornillos interferenciales. La respuesta mecánica de la plastia, se llevará a cabo sometiéndola a cargas de tracción y se analizando su deformación mediante técnicas de correlación de imagen ARAMIS, lo que permitirá definir parámetros como el límite elástico o el coeficiente de Poisson y abrirá la puerta al análisis de otros materiales biológicos. Estas técnicas de ensayo no han sido utilizadas hasta la fecha y van a permitir desarrollar modelos de comportamiento de hueso-plastia-fijación mucho más precisos que los definidos hasta el momento. Además, se realizarán ensayos de fatiga de reconstrucciones de LCA realizadas por el Dr. Maestro sobre tibias e injertos porcinos, para determinar el comportamiento de la reconstrucción a medio y largo plazo. Los resultados experimentales, permitirán definir las leyes de comportamiento de los distintos materiales, que se utilizarán en modelos de Elementos Finitos, y permitirán validar los resultados iniciales obtenidos sobre optimización de la geometría, material del tornillo y el diámetro del túnel tibial en la reconstrucción óptima del LCA. La combinación de estas técnicas numéricas y experimentales posibilitará optimizar la reconstrucción para cada caso particular y la mejora del comportamiento de las reconstrucciones a medio y largo plazo.

Palavras chaves: LCA, SPT, correlación de imagen, FEM, relación tornillo/túnel

     Covadonga Quintana, Inés Peñuelas, Cristina Rodríguez, Antonio Maestro


     SIMULATING THE NONLINEAR BEHAVIOUR OF CHITOSAN GUIDE TUBES USING A NEW CONSTITUTIVE MODEL

Resumo

Chitosan is a natural polymer obtained from the full or partial N-deacetylation of chitin and it is widely studied in biomechanics. Its biodegradability, biocompatibility and non-toxicity have made it possible to use chitosan in a number of biomedical applications. It has also been used in the tissue engineering field as a candidate biomaterial for the development of nerve conduits for peripheral nerve injuries[1][2]. In this work, a constitutive material model was elaborated to show the nonlinear elasto-plastic behavior exhibited by chitosan. This knowledge was based on experimental data obtained from the literature. This constitutive model was combined with a computational framework where models of chitosan nerve conduits were constructed and numerically simulated using advanced discretization techniques. They were analyzed using the finite element method (FEM) and the radial point interpolation method (RPIM), which is a meshless methods. Stress and displacement fields were obtained in order to analyze the structural response of these chitosan nerve conduits when subjected to external forces. For the constitutive model, both the yield criterion and the corresponding yield surface were considered. The model respected a flow rule defining the relationship between stress and deformation after the plasticity point and a hardening law which describes if, and how, the yield criterion depends on the plastic deformation[3]. For this, it was obtained the chitosan mechanical properties, such as the Young’s modulus (E), the yield stress (σy) and the strain for both compression and tension tests. In the compression test, it is also possible to obtain the tangential Young’s modulus (Et). These isotropic material properties were related with the degree of deacetylation of chitosan, which is a very important feature that differentiates chitosan from chitin.

Palavras chave: chitosan, constitutive model, elasto-plastic

     Joana Gomes, Jorge Belinha, Lúcia Dinis nato Natal Jorge


     DETERMINACIÓN DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN Y DEL DIÁMETRO DEL ARO ÓPTIMOS PARA LA SUBIDA DE RAMPAS EN SILLAS DE RUEDAS MANUALES

Resumo

A pesar de la gran evolución tecnológica de las sillas de ruedas, la mayoría de ellas siguen siendo de propulsión manual debido a su precio, ligereza, transportabilidad y capacidad de plegado. Sin embargo, uno de los grandes inconvenientes para los usuarios de sillas de ruedas es la subida de rampas ya que suponen una barrera para el desarrollo de las actividades diarias. Además, la subida de pendientes requiere esfuerzos musculares elevados. Una solución a este tipo de problemas es el uso de transmisiones reductoras que faciliten la labor de subida de rampas a la vez que disminuyen el esfuerzo ejercido por el usuario. La elección de la relación de transmisión, por lo tanto, es clave a la hora de elegir un dispositivo de transmisión reductor, aunque existen factores como la inclinación de la rampa, la velocidad de avance de la silla o el diámetro del aro de empuje que también afectan a la subida de rampas. En este estudio se utiliza un tren de engranajes planetario (TEP) como mecanismo reductor para facilitar la labor de subida de pendientes, debido a su alto rendimiento y gran compacidad. El objetivo de este estudio es determinar las relaciones de transmisión óptimas (reductoras), así como las dimensiones del aro en función del porcentaje de inclinación de la rampa y la velocidad de avance, teniendo para ello en cuenta la antropometría del usuario. Con los resultados obtenidos se pretende facilitar el cálculo de relaciones de transmisiones óptimas desde el punto de vista biomecánico y teniendo en cuenta un compromiso entre velocidad de avance, comodidad del usuario y compacidad de la transmisión para asistir a la subida de rampas ascendentes.

Palavras chaves: sillas de ruedas manuales, rampa, transmisión reductora.

     G. R. Jiménez, D. R. Salgado, F. J. Alonso, F. Romero


     CONSTITUTIVE TENSOR OBTAINED DIRECTLY FROM MICRO-CT IMAGES

Resumo

A fabric tensor is a symmetric second rank tensor that characterizes the arrangement of a multiphase material. A relationship between the fourth rank elasticity tensor Cijkl and the fabric tensor A was developed by Cowin, 1985 [1]. Later, the Mean Intercept Length tensor (MIL), was developed by Whitehouse 1974 [2] and used to estimate the fabric tensors. It is usually computed by defining a family of parallel lines to a specified direction v. The number of intersections, C(v), between lines and the interface between both phases is counted. MIL is a function of v, MIL(v), and computed as a ratio between the summation of the length of traced lines, h, with the number of intersections, C(v): MIL(v)=h/ C(v). Researchers found that for many types of materials, particularly bone trabeculae, an ellipse could be fitted to a rose diagram of the MIL [3]. With this, in 2D MIL, tensor, A, can be computed as the 2 × 2 matrix that represents the estimated ellipse. In this work, the MIL technique is applied to obtain directly from the Micro-CT images the constitutive tensor of a trabecular patch. Then, the patch is analysed using a linear elasto-static meshless analysis. The results are discussed and compared with other numerical approaches.


Acknowledges: The authors truly acknowledge the funding provided by Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior – Fundação para a Ciência e a Tecnologia (Portugal), under grants: SFRH/BPD/111020/2015, SFRH/BD/110047/2015, and by project funding UID/EMS/50022/2013. Additionally, the authors gratefully acknowledge the funding of Project NORTE-01-0145-FEDER000022 – SciTech – Science and Technology for Competitive and Sustainable Industries, cofinanced by (NORTE2020), through (FEDER).

Palavras chave: micro-ct; fabric tensor; MIL

     Marco Marques, Jorge Belinha, A.F. Oliveira, Renato Natal Jorge


     RECONSTRUCCIÓN DIFERENCIADA DE LAS CAPAS DE LA PIEL Y EL MÚSCULO

Resumo

El desarrollo de modelos numéricos basados en el método de los elementos finitos requiere de una geometría detallada. Para el caso particular de la piel, es de interés un modelo multicapa en el cual se diferencien sus principales capas (epidermis, dermis, hipodermis) y el músculo. La geometría del modelo multicapa es necesario adquirirla con base en imágenes provenientes de Resonancia Magnética (RM). Sin embargo, los pequeños espesores de las capas, su geometría continua pero irregular y su difusa interfaz de vínculo dificultan la obtención de superficies apropiadas para los modelos numéricos. Este trabajo fue desarrollado en un resonador de 3.0 Teslas y con una antena tipo “loop” pequeña, donde se variaron los siguientes parámetros propios de la RM: número de cortes, factor distancia entre cortes, tamaño del pixel y grosor del corte, para conseguir la combinación apropiada de ellos. Bajo el mismo protocolo de reconstrucción de imágenes se comparó la calidad de las geometrías y su viabilidad de uso en los modelos numéricos y se obtuvo que los parámetros adecuados para realizar las reconstrucciones de las capas de interés son: 30 cortes, un factor distancia del 0%, matrix cuadrada 320 x 100% y tamaño de vóxel de 0,16x0,16x1,5mm. Con dichas condiciones se logra obtener una imagen de 5cm de alto y 4cm de ancho en la que, sin eliminarse por completo el ruido, se logra observar cada una de las capas de la piel, teniendo siempre como requerimiento la capacidad de visualizar la epidermis, que es la primera y más delgada de todas las capas. En conclusión, se tiene que con todos los parámetros anteriores es posible reconstruir las capas de la piel, y en general, tejidos blandos de similar composición y magnitud.

Palavras chaves: Imagen de Resonancia Magnética (IRM), reconstrucción digital, piel, tejido multicapa.

     Manuela Jaramillo, Melisa Cardona, Jésica A. Isaza L, Juan Ramírez


     ESTIMATION OF JOINT TORQUE FROM EMG SIGNALS USING A NEURAL NETWORK BASED ON SINGULAR SPECTRUM ANALYSIS AND CLUSTER ANALYSIS

Resumo

This paper focuses on joint torque estimation by means of surface electromyographic (sEMG) signal processing for applications in rehabilitation engineering. In this regard, several approaches have been recently proposed in this context [1,2]. The objective of this study was to develop a new approach based on artificial neural networks (ANNs) to estimate joint moments using sEMG signals under muscle fatigue and non-fatigue conditions. To achieve this aim, the sEMG signals were decomposed using Singular Spectrum Analysis (SSA) into a set of additive time series. After the decomposition, a cluster analysis was performed in order to group these components around desired frequencies (low, medium and high) in each EMG signal. Subsequently, several variables were extracted from the three cluster components and used as inputs to the neural network. The variables computed for each cluster component were median and maximum Power Spectral Density (PSD), median and maximum frequencies and the spectral parameter proposed by Dimitrov [20]. The proposed neural network is a three layer feedforward neural network with backpropagation learning algorithm. Furthermore, to solve the problem of non-uniqueness of the ANN solution, we propose the implementation of a sufficient number of training cycles. In this way, the network may randomly be given enough energy to escape from a local minimum. The results show that the proposed approach provides an efficient method for prediction of maximum joint torque during each cycle of movement from sEMG signals.

Palavras chave: Electromyography, Neural Networks, Cluster Analysis, Singular Spectrum Analysis, Muscle Fatigue

     G. Galan-Marin, F. Romero, J. Barrios-Muriel, R. Gutiérrez-Horrillo, F.J. Alonso


     MODELO ESQUELÉTICO PARA EL ANÁLISIS DINÁMICO EN EL PLANO SAGITAL DE LA TÉCNICA DE RECEPCIÓN EN EL VOLEIBOL

Resumo

Este estudio trata del desarrollo de un modelo matemático para el sistema esquelético con el objetivo de evaluar fuerzas y momentos en las articulaciones durante la realización del gesto técnico de recepción baja en el voleibol. Se asume un sistema esquelético análogo a una serie de seis cuerpos rígidos que representan los segmentos principales del cuerpo: brazo, antebrazo, tronco, muslo, pierna y pie, quedando estos últimos articulados de manera correspondiente. Las entradas del modelo fueron los resultados cinemáticos de captura del movimiento asociados a la técnica de recepción baja. Las salidas del modelo fueron las fuerzas y momentos que actúan en las siguientes articulaciones: tobillo, rodilla, cintura, hombro y codo, y la fuerza de contacto pie-piso. Los ensayos para validación fueron realizados en condiciones de laboratorio con la participación de voleibolistas. Estos consistieron en capturar el movimiento de las voleibolistas ejecutando la técnica de recepción usando la cámara videográfica de un dispositivo móvil (Apple® iPhone 6s Plus) a 240 fps y en sensar la fuerza resultante del contacto de los pies con el piso con dos plataformas de fuerza que registran a 500 Hz (AMTI® OPT400600). El software Kinovea® fue usado para el procesamiento del registro videográfico y el software MATLAB® para la determinación de la dinámica de las articulaciones del modelo mediante dinámica inversa. Los resultados analíticos de la fuerza de contacto pie-piso muestran una alta correlación con las fuerzas obtenidas usando las plataformas de fuerza (error promedio de 2.5%, error máximo de 20%), quedando de esta manera validado el modelo. Se demuestra así que el modelo podría ser usado para realizar un análisis cuantitativo de las fuerzas y momentos experimentados en las articulaciones de un jugador de voleibol durante la realización de la técnica de recepción baja.

Palavras chaves: modelo esquelético, biomecánica, voleibol, recepción baja, dinámica inversa

     Jose G. Garcia, Israel Luis, Christian G. Chicoma, Elizabeth R. Villota, Dante Elias


     UM MÉTODO DE PROCESSAMENTO E INTERPRETAÇÃO GEOMÉTRICA DE SINAIS DE ELETROCARDIOGRAMAS

Resumo

A interpretação dos gráficos gerados em exames com eletrocardiogramas (ECG) requer profissionais da área médica metodicamente treinados em identificar as oscilações elétricas que resultam da atividade do músculo cardíaco. Ainda assim, pequenas alterações podem não ser percebidas, e alterações clínicas subliminares desprezadas, eliminando chances potenciais de detecção de patologias ainda em estágios muito iniciais. A grande maioria dos procedimentos automatizados para interpretação digital de ECGs é baseada em técnicas de processamento estatístico de dados, o que muitas vezes impede a obtenção de informações que profissionais identificam visualmente. O presente trabalho aborda uma metodologia para simplificar o sinal de um ECG em primitivas geométricas que preservem essas informações, incluindo as ondas P, Q, R, S e T. Exemplos de casos reais são analisados.

Palavras chave:: Eletrocardiograma, automatização do ECG, cardiopatias.

     Daiane Pioli dos Santos e Rogério José Marczak


     NUEVA METODOLOGIA DE DISEÑO DE DISPOSITIVOS DE REHABILITACIÓN “WEARABLES” BASADO EN EL CAMPO DE DEFORMACIÓN DE LA PIEL

Resumo

Actualmente, existe un continuo desarrollo en el desarrollo de productos wearable en el ámbito de la rehabilitación. El diseño de estos dispositivos implica el cuerpo humano como elemento de soporte y se debe tener el movimiento de la persona para optimizar su confort. En la interfaz sujetodispositivo las contracciones musculares y el propio movimiento de los segmentos corporales producen desplazamientos y deformaciones de la piel que pueden dar lugar a rozaduras o úlceras de contacto. En este sentido, el análisis de la deformación de la piel puede ser una buena fuente información para optimizar el diseño de los dispositivos de rehabilitación. En los últimos años está naciendo una nueva tendencia de diseño que consiste en situar los elementos estructurales de estos dispositivos por zonas o líneas de mínima deformación de la piel (LoNES). Este enfoque, ya se está utilizando para crear nuevos trajes espaciales con el fin de maximizar la movilidad de los astronautas. De la misma forma, se ha desarrollado una nueva metodología que combina el análisis de la deformación de la piel y herramientas CAD/CAE para optimizar el diseño de dispositivos de rehabilitación, tales como ortesis o fijadores. El objetivo principal es calcular zonas de la piel con mínima deformación para optimizar el diseño de estos dispositivos y mejorar su confort. Específicamente, para el cálculo de la deformación de la piel se ha desarrollado un sistema de correlación digital de imágenes en 3D junto con un enfoque de diseño basado en NURBS. Finalmente, como ejemplo de aplicación de esta metodología se exponen los resultados de un caso real de diseño de ortesis de pie (AFO) utilizando la impresión 3D como herramienta para su fabricación.

Palavras chave: Biomecánica, ortesis, wearable, impresión 3D, deformación.

     J. Barrios-Muriel, F. Romero-Sánchez, F.J. Alonso, D.R. Salgado


     POLY IMPLANT PROSTHESES RUPTURE INCIDENCE. ANALYSIS OF MECHANICAL PROPERTIES.

Resumo

Background: In 2010, the Poly Implant Prosthesis (PIP) breast implants were banned from the European market, due to concerns about their quality. Several studies found evidence that PIP implants have not been manufactured according with standards. However, there is no scientific evidence that the industrial grade silicone used in these implants has adverse health effects. This study is focused on the mechanical properties and the characteristics of the PIP shell and their effect on the failure mechanisms. Methods: To research PIP implant rupture, a mechanical study including an evaluation of the mechanical properties of the shell in eleven explanted and one control PIP implants, was carried out. The experimental protocol follows the ISO standards for shell integrity and determination of tensile stress-strain properties. Results: A total of 663 samples, in explanted and control implants were analysed. Both control and explants had significant variations of tensile strength (stress at break) (P=0.0001) and shell thickness (P=0.000) throughout the implant. Tensile strength was found directly related to shell thickness. Shell thickness displayed significant variation within and among the samples of PIP implants, with a minimum to maximum thickness variation of 27% to 46% approximately. No evidence of shell degradation with implantation time was determined. Conclusions: A definitive link between rupture incidence and mechanical properties was not found, in this study. However, the heterogeneous nature of PIP implant quality was confirmed, and the implant shell thickness should be considered as a relevant parameter for the quality control of the material in the manufacturing process.

Palavras chave: Poly Implant Prosthesis (PIP); Rupture; Mechanical Properties; Implant Thickness

     Nilza Ramião, Pedro Martins, António Augusto Fernandes,Maria da Luz Barroso, Diana Costa Santos


     EVALUACIÓN DINÁMICA DE LA TÉCNICA DE RECEPCIÓN DEL VOLEIBOL BASADA EN UNA CONFIGURACIÓN ÓPTIMA DE PLATAFORMAS DE FUERZA

Resumo

El objetivo de este trabajo fue evaluar la dinámica de los miembros inferiores durante el movimiento en la técnica de recepción baja básica del voleibol al comparar los valores de las fuerzas de reacción de los pies. Para diseñar la base portátil con la distribución correcta de las plataformas de fuerzas AMTI (longitud de separación y desfase entre ambas plataformas) se registraron datos videográficos del área de trabajo usando dos cámaras Panasonic dispuestas apropiadamente; el procesamiento de las imágenes se realizó con el software Kinovea. Diversos ensayos fueron posteriormente realizados para verificar que la configuración adoptada cubría el rango de desplazamiento de los pies que presenta una voleibolista al ejecutar la técnica de recepción partiendo de la postura previa al impacto con el balón. Estos ensayos también sirvieron para determinar una curva característica de las fuerzas de reacción en los pies durante la ejecución de la técnica de recepción. En base a estos datos se obtuvo un patrón en el desplazamiento del centro de gravedad de la voleibolista durante la ejecución de la técnica. Así también, al calcular la velocidad y la potencia en cada uno de los pies, se encontró una relación de estos valores en función al peso de cada voleibolista evaluada. Cabe resaltar que en todos los resultados de las evaluaciones realizadas se observó que existe un pequeño impulso durante el corto acompañamiento del balón al este impactar con los antebrazos. Se demuestra así que es posible obtener una caracterización biomecánica de la técnica de recepción baja básica del voleibol usando un sistema de captura de datos del tipo plataformas de fuerza.

Palavras chave: Caracterización biomecánica, voleibol, plataforma de fuerza

     Yalhy Melgarejo, Rocío Callupe, Elizabeth R Villota, Dante Elias


     MESHLESS METHODS IN STRUCTURAL APPLICATIONS

Resumo

Nowadays, in order to solve complex structural problems, the finite element method (FEM) is the most commonly used discrete numerical method. Nevertheless, the literature possesses several other numerical techniques, capable to efficiently determine the variable fields. Meshless methods are one of those techniques, which most attracting feature is its unique capability to discretize the problem domain using an unstructured mesh. Thus, in the literature, it is possible to find numerous meshless techniques capable to numerically analyse structural problems. However, those several meshless approaches are fundamentally very dissimilar, which leads to distinct numerical performances. Thus, in order to reproduce and predict the structural response of complex structures, the computational mechanics research community continuously seeks a better numerical approach. In this work, several nonlinear structural problems are solved with an efficient and accurate interpolating meshless technique: the radial point interpolation meshless methods (RPIMs). As the literature shows, when compared with the FEM, this class of meshless methods allow to obtain smoother and much more accurate solutions. Such performance in linear problems is essential for a competent nonlinear problems analysis. Here, the results obtained with RPIMs are presented for several nonlinear structural problems, such as the analysis of structures assuming elasto-plastic materials and large deformations. Additionally, several contact and crack growth benchmark problems are solved with RPIMs and the results are shown. The results presented in this research work show the efficiency and accuracy of meshless methods in the computational simulation of complex structural problems.


Acknowledges: The authors truly acknowledge the funding provided by Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior – Fundação para a Ciência e a Tecnologia (Portugal), under grants: SFRH/BPD/111020/2015, and by project funding UID/EMS/50022/2013. Additionally, the authors gratefully acknowledge the funding of Project NORTE-01-0145-FEDER-000022 – SciTech – Science and Technology for Competitive and Sustainable Industries, co-financed by (NORTE2020), through (FEDER).

Palavras chave: meshless methods, stress analysis, radial point interpolators.

     Belina, J., Dinis, L.M.J.S. and Natal Jorge, R.M


     A TUMOUR GROWTH MODEL USING A NEW SIMULATION APPROACH

Resumo

The present study is about the computational simulation of tumour growth using a new numerical discrete meshless technique. Here, were simulated all the autocrine and paracrine signalling that are the basis of the whole process. Cellular growth research field, which is usually studied through laboratory experiences, is extremely important to predict tumour growth. In last years, this approach has led to scientific and technological advances and the creation of new medical treatments to destroy cancer cells. However, these efforts are not enough and the development of new lines of investigation is essential for the success of this research filed. Therefore, recently, mathematical modelling and the numerical simulation proved to be useful complements to the experimental research. Thus, this work aims is to study the tumour growth using meshless method [1] by solving reactiondiffusion equations. Meshless methods are advantageous in this kind of analysis because it allows to define the problem physical domain with an unstructured computational nodal mesh. The obtained results show that the selected meshless method was successfully combined with reaction-diffusion and solid mechanics equations, allowing to describe through time the cellular growth in tumours.


Acknowledges: The authors truly acknowledge the funding provided by Ministério da Ciência, Tecnologia e Ensino Superior – Fundação para a Ciência e a Tecnologia (Portugal), under grants: SFRH/BPD/111020/2015, and by project funding UID/EMS/50022/2013. Additionally, the authors gratefully acknowledge the funding of Project NORTE-01-0145-FEDER-000022 – SciTech – Science and Technology for Competitive and Sustainable Industries, co-financed by (NORTE2020), through (FEDER).

Palavras chave: cancer, tumour growth, cellular division and meshless methods.

     Maia dos Santos, C.I.R.A, Belina, J., Dinis, L.M.J.S. and Natal Jorge, R.M


     DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES BIOMECÂNICAS DE MÚSCULO ATRAVÉS DE UM MÉTODO INVERSO

Resumo

Os tecidos pélvicos - como ligamentos, tecido vaginal e músculos - têm sido extensivamente estudados através de testes experimentais in vitro, com o intuito de estimar as suas propriedades biomecânicas para futuramente as relacionar com as disfunções pélvicas [1]–[3]. Para determinar as propriedades destes tecidos - adquiridos durante uma cirurgia ou a partir de cadáver feminino - recorre-se a testes de tração unaxiais [4] ou biaxiais [5]. No entanto, os tecidos recolhidos são frequentemente afectados em ambiente clínico e, consequentemente, a comparação com tecidos saudáveis in vivo é difícil [6]. Assim, estes testes de tração mostram o comportamento mecânico não-linear, mas não refletem as condições naturais do tecido in vivo na cavidade pélvica. Neste contexto, a análise computacional associada a propriedades biomecânicas in vivo pode ajudar a reproduzir corretamente o comportamento mecânico do músculo pubovisceral durante a manobra de Valsalva. Assim, para este estudo usamos uma análise inversa por elementos finitos, envolvendo um algoritmo genético - algoritmo de pesquisa global - e o método de elementos finitos, para estimar as propriedades in vivo dos músculo pubovisceral. Esta metodologia é completamente não-invasiva, recorrendo apenas às imagens de ressonância magnética adquiridas no plano axial e sagital. Para validar os resultados numéricos (como por exemplo os deslocamentos) é efetuada a comparação com as imagens dinâmicas adquiridas no plano sagital médio durante a manobra de Valsalva.

Palavras chave: Músculo Pubovisceral, Propriedades Biomecânicas, Método de Elementos Finitos, Algoritmo Genético e Análise Inversa por Elementos Finitos

     Elisabete Silva, Marco Parente, Teresa Mascarenhas, Renato Natal Jorge


     EVALUATION OF A MOTION TRACKING MODEL OF THE UPPER LIMB, INCLUDING THE HAND

Resumo

The characterization of human motion is an important field in Biomechanics. The recording of the movement by using videogrammetric techniques has the advantage of not interfering with the normal development of the human movement. In the upper limb, it can be used to assess the impact of different pathologies on functionality or to improve the design of upper limb prostheses according to patients’ needs, among others. Videogrammetric systems are in widespread use amongst biomechanical researchers worldwide. They allow obtaining the 3D positions of a set of markers attached to the body. Commercial systems, such as Vicon®, include models for the analysis of the upper-limb motion, not including the detailed motion of the hand. Models for the study of the hand movement are scarce or poorly described. Sancho-Bru et al. (2014) presented a detailed model, hereby referred to as UJI-Hand model, allowing the measurement of 25 anatomical angles.


In this work, the adaptation of the UJI-Hand model to the existent Vicon® Upper-Limb model is presented, in order to obtain the anatomical angles of the full upper limb, including the hand. Depending on the researcher needs to minimize the effects of occlusion amongst markers, removal of two adhesive markers has been set as an option, at carpometacarpal joints of the middle and ring fingers. These markers are interpolated from the location of the remaining ones. The maximum difference introduced in the observation by this simplification, evaluated on 10 subjects, has been established in 1.8º at the metacarpophalangeal joint of the middle finger. The total average for the affected joints was 1.08º. The procedure of post-processing the 3D position of the markers to obtain the joint angles has been fully documented and implemented in Matlab® using homogenous transformation matrices. The code is available to the scientific community as UJI-Hand Toolbox (DOI 10.13140/RG.2.2.13115.21282). An OpenSim model has been also adapted to graphically validate the processed data and is provided together with it. The full upper limb model has already proven its effectiveness on 5 subjects while performing six abstract object tasks of the SHAP protocol.

Palavras chave: videogrammetry, markers, hand model, upper limb model, motion

     Andrés F.J., Cunha-Matos C., Jarque-Bou N., Sancho-Bru J.L. , Buis A., Day S.


     VALIDEZ Y CONCORDANCIA EN LA DETERMINACIÓN DE PARES ARTICULARES LUMBARES POR MEDIO DE TÉCNICAS DE DINÁMICA DE SISTEMAS MULTICUERPO

Resumo

Introducción. El elevado coste socioeconómico asociado a las dolencias lumbares justifica los numerosos estudios centrados en la biomecánica de la espalda. La complejidad de los modelos empleados para estos trabajos dificulta el desarrollo de investigaciones in situ. La simulación multicuerpo nos permite reducir el equipamiento necesario para la evaluación dinámica de gestos complejos, permitiendo la determinación de pares articulares a partir de la cinemática del movimiento.

Palavras chave: polímeros termoestables; conductividad térmica; nitruro de boro; reologia

Objetivo. Pretendemos validar un modelo multicuerpo (MMC), de cuerpo humano completo, y constituido por 18 segmentos con 57 grados de libertad, para la determinación de pares articulares lumbares, en concreto durante los levantamientos de cargas ejecutados de forma simétrica.

Método.Como entradas para el MMC se emplearon: la posición de 9 segmentos corporales en el plano sagital; las fuerzas de reacción contra el suelo; y los datos antropométricos de un sujeto voluntario en un estudio previo. Como patrón de oro tomamos el análisis dinámico inverso tipo “botton-up”, sobre un modelo 2D de 9 Segmentos Unidos (MSU). Se determinaron: el coeficiente de correlación intraclase (CCI); la gráfica de Bland-Altman (BA); y el coeficiente de correlación de concordancia de Lin (LinCC), para comparar nuestro MMC con el MSU establecido como patrón.

Resultados. La concordancia entre los dos métodos fue casi perfecta (LinCC=0,934, CCI=0,958). En la BA observamos un valor medio MSU-MMC de 13,20Nm, con el 95% los valores para estas diferencias entre 46,83 y -20,42Nm. También apreciamos una relación significativa (Rho=0,589) entre la magnitud absoluta de las diferencias y el valor medio de ambos métodos.

Discusión y conclusiones. Los resultados sugieren que nuestro MMC es un instrumento válido para determinar pares articulares lumbares durante levantamientos simétricos. Al no requerir de costosos equipos de laboratorio supondría un impulso a los trabajos de campo tan necesarios en el ámbito de la biomecánica ocupacional.


Palavras chave: simulación multicuerpo, dinámica inversa, pares articulares lumbares, levantamiento manual de cargas.

     A. Valverde Conesa, M. Saura Sánchez, P. Segado Cabezos


     ESTUDO NUMÉRICO DO FLUXO SANGUÍNEO COMO UM FLUIDO NÃONEWTONIANO NAS ARTÉRIAS RENAIS

Resumo

As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte nos países desenvolvidos. Desta forma, a aplicação dos métodos Computational Fluid Dynamics (CFD) tornou-se uma importante estratégia para investigar o fluxo sanguíneo nas artérias e consequentemente o desenvolvimento de doenças na árvore arterial. Este método permite obter dados sobre campos de velocidade, pressões e tensões de corte em modelos virtuais do sistema cardiovascular. O objetivo do presente trabalho é o estudo numérico da aorta abdominal ao nível da bifurcação renal, para caracterizar o fluxo sanguíneo. Esta região arterial é de elevado interesse clinico, uma vez que se trata de uma zona favorável ao desenvolvimento de aterosclerose. A aterosclerose caracteriza-se pela deposição de placas nas paredes internas das artérias, que resulta numa redução da área de secção transversal. Esta redução, pode produzir um impacto significativo no fluxo sanguíneo. Para a realização das simulações considerou-se o sangue como um fluido newtoniano e nãonewtoniano, com a finalidade de comparar os dados obtidos em ambos os casos e verificar se, neste tipo de simulação, a propriedade não-newtoniana do sangue é significativa. Neste estudo, a velocidade de entrada foi ajustada com base num ciclo cardíaco no inicio da artéria aorta. Relativamente aos resultados obtidos, as baixas tensões de corte na parede correspondem às zonas de recirculação, o que indica que é uma zona suscetível ao aparecimento de aterosclerose. As velocidades atingidas nos dois casos apresentam diferenças ao nível das velocidades máximas atingidas.

Palavras chave: Não-newtoniano, tensões de corte na parede, Computational Fluid Dynamics, hemodinâmica

     Daniela A. L. Martins, Pedro A. M. Lobarinhas, Senhorinha F. C. F. Teixeira


     DISEÑO MECÁNICO DE UNA PRÓTESIS ACTIVA TRANSFEMORAL

Resumo

El presente trabajo propone el diseño mecánico de una prótesis activa transfemoral, la cual permite al usuario realizar una marcha normal. El diseño de la prótesis está compuesto básicamente por cuatro segmentos que realizan la función de fémur, tibia, pie y el primer dedo del pie. Estos segmentos están eslabonados en serie y unidos por tres articulaciones de tipo monocéntrico que poseen libertad de movimiento en el plano sagital. Las articulaciones correspondientes a la rodilla y el tobillo son energizadas, mientras que la articulación metatarsofalángica es pasiva. El diseño contempla la utilización de un actuador tipo Parallel Elastic Actuator (PEA) en la rodilla, con el fin de reducir la carga de trabajo en el actuador. Del mismo modo se ha propuesto que el actuador del tobillo sea de tipo Series Elastic Actuator (SEA) para reducir el pico de potencia generado al final de la fase estacionaria del ciclo de marcha, con lo cual, además, se consigue reducir el tamaño del actuador empleado. Por otra parte, se ha incorporado un resorte en la articulación metatarsofalángica a fin de conseguir el impulso necesario durante la última parte de la fase estacionaria del ciclo de marcha. Adicionalmente se ha considerado el almacenamiento de la energía generada en las articulaciones durante la marcha para su reutilización en la misma.

Palavras chave: prótesis activa transfemoral, prótesis de pierna, marcha humana, actuador SEA, actuador PEA.

     Samuel Medina Barrenechea, Elizabeth R Villota


     COMPARACION DE LAMINADOS DE MATERIALES COMPUESTOS PARA LA APLICACION DE PROTESIS TRANSTIBIAL

Resumo

En la actualidad la industria ortopédica ha implementado la utilización de materiales compuestos para alcanzar los requerimientos de desempeño que son demandados para un estilo de vida activo. En este trabajo se presenta un análisis comparativo de materiales compuestos de fibra de carbono con resinas epóxica y poliéster, con la configuración de un laminado cuasi-isotrópico [0/+45/-45]s para ambos materiales, con el objetivo de determinar cuál es el material que cumple con las propiedades requeridas para la aplicación de prótesis transtibial. Se realizaron pruebas mecánicas de tensión en los materiales en base a la norma ASTM D3039. Estos ensayos estáticos son utilizados para conocer la resistencia a los esfuerzos principales que son aplicados en prótesis ortopédicas. Los resultados obtenidos del material de fibra de carbono y resina epóxica arrojaron un esfuerzo promedio de 269 MPa, mientras que el de fibra de carbono y resina poliéster obtuvieron un esfuerzo promedio de 226 MPa. A pesar de que existe una variación en los laminados por la aplicación de distintas matrices, ambos materiales cumplen con las propiedades requeridas en la utilización de prótesis ortopédicas. Se reportan las propiedades de los materiales utilizados, los cuales proveen información de la resistencia del laminado para la aplicación estándar de una prótesis transtibial. La oportunidad de materiales compuestos en la industria ortopédica requiere de estudios futuros para su amplia aplicación en el sector.

Palavras chave: epóxica, poliéster, laminado, isotrópico, transtibial.

     Anabel Nava, M. Siqueiros Hernandez, Benjamín Gonzalez, Kristine Gomez


     DISEÑO MECÁNICO DE UN DISPOSITIVO ROBÓTICO PARA REHABILITACIÓN DE MUÑECA Y OPTIMIZACIÓN DE SU ESTRUCTURA.

Resumo

El uso de dispositivos robóticos para la rehabilitación de pacientes que padecen algún tipo de discapacidad física es cada día más frecuente, ya que dichos mecanismos son capaces de repetir movimientos con trayectorias e intensidades constantes, durante un tiempo establecido, evitando el esfuerzo físico al que se expone un terapeuta cuando ejecuta estas rutinas. Los sistemas robóticos para rehabilitación pueden agruparse en dos grandes categorías: robots tipo efector final y vestibles (exoesqueletos, protésicos y ortésicos), siendo estos últimos los más utilizados por facilitar la focalización del trabajo en áreas específicas de interés. Es un hecho que la muñeca es una de las articulaciones con mayores problemas de movilidad derivados de causas neurológicas o trauma físico, lo cual ha motivado el desarrollo de dispositivos para su rehabilitación. En este trabajo se presenta el diseño mecánico con un enfoque novedoso de optimización estructural, para un dispositivo robótico tipo exoesqueleto de tres grados de libertad, el cual reproduce los movimientos de la muñeca. Con base en el análisis de esfuerzos y en la minimización de las masas de sus componentes estructurales se obtiene el diseño detallado de un dispositivo ergonómico, flexible, de fácil manufactura y control, que puede ser utilizado para ambas manos.

Palavras chave: diseño mecánico, exoesqueleto, optimización estructural, dispositivo de rehabilitación.

     Jorge Alexander Aponte Rodríguez, Edgar Alfredo Portilla Flores, Oscar-Fernando AvilésSánchez, Eric Santiago-Valentín, Maria Bárbara Calva-Yáñez



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