Universitat Internacional de Catalunya - BarcelonaComputació, Robòtica i Biònica 2
Llengua d'impartició principal: anglès
Altres llengües d'impartició: català, castellà,
Responsable
MsU Xavier MARIMON - xmarimon@uic.es
Horari d'atenció
Cal convenir una cita amb el professor mitjançant correu electrònic institucional.
La primera part de l’assignatura es presenta el potencial del microcontrolador Arduino, i funcionament dels sensors i actuadors més utilitats en la robòtica medica per dotar l’estudiant dels coneixements bàsics pel disseny i implementació de pròtesis actives i interfícies humà-màqina-huma (HMI). També es realitza un breu introducció a l’enginyeria de control moderna per resoldre problemes de mesura i control automàtic en l’àmbit de l'Enginyeria Biomèdica.
La segona part del curs es centrarà en la neuroenginyeria de la funció motora i sensorial, que aporta mètodes del a neurociència i l’enginyeria per a dissenyar solucions a problemes associats a limitacions i disfuncions motores i sensorials. En particular, s’estudiarà la rehabilitació o recuperació de les funcions motrius i sensorials mitjançant l’ús de neuropròtesis. Atès el caràcter multidisciplinari de les pròtesis neuronals, aquest camp ha adoptat múltiples terminologies que s’utilitzen sinònimament, com ara: dispositius biònics, neuropròtesis o pròtesis neuronals.
Per accedir a el curs és requisit haver cursat les següents assignatures:
Assignatures de primer curs
Càlcul
Assignatures de segon curs
Informàtica
Assignaturas de tercer curs
Computació
Robòtica i biònica 1
Neurociències Aplicades a l'ortopròtesi (recomanable, però no obligatòria)
Saber programar un microcontrolador per obtenir les dades d’un sensor.
Saber programar un microcontrolador activar i desactivar actuadors.
Descriure les neuropròtesis perifèriques i la reinervació muscular.
Descriure les neuropròtesis sensorials.
Descriure el funcionament d’una pròtesi mioelèctrica.
Conèixer els principals sensors i actuadors presents en una pròtesis mecatrònica.
Bloc 1. Computació i robòtica.
1. La plataforma Arduino.
1.1 La família d'Arduino.
1.2 La placa Arduino UNO.
1.2 La placa Arduino MKR1001.
1.3 L’entorn de desenvolupament integrat, IDE.
1.4 Ports d'entrada i sortida. Entrades i sortides digitals. Entrades analògiques. Sortides analògiques. Ports PWM.
1.5 El llenguatge de programació d'Arduino.
1.6 Extensions per a Arduino (shields).
2. Sensors i actuadors
2.1 Actuadors: motor de corrent continu, servomotors, LEDs, LCDs.
2.1.1 Connexió de l'Arduino amb actuadors.
2.2. Sensors: potenciòmetres, força, temperatura.
2.2.1 Connexió de l'Arduino amb sensors.
2.3 Les biblioteques de l'Arduino pel control de sensors i actuadors.
3. Protocols de comunicació
3.1 Protocol UART.
3.2 Protocol SPI.
3.3 Protocol I2C.
3.4 Protocol Wi-Fi.
3.5 Ethernet.
3.6 Bluetooth.
3.7 Connexió de l'Arduino amb programari extern.
3.7.1 Connexió de l'Arduino amb Matlab.
3.7.2 Connexió de l'Arduino amb Simulink.
3.7.3 Connexió de l'Arduino amb Unity 3D.
4. Teoria del control moderna.
5. Robòtica mèdica.
Activitats experimentals: adquirir dades de sensors, control de la velocitat i posició dels motors de corrent continu, control de la posició dels servomotors.
Bloc 2. Biònica. Funció motora i sensorial.
1. Origen del senyal muscular.
2. Registre i processament de l’activitat muscular.
2.1 Electromiografia (EMG).
2.2 Interfícies neuronals PNS.
3. Neuroprostèsics.
3.1 Neuroprotesies motores.
3.1.1 Sistema Nerviós Perifèric.
3.1.2 Medul·la espinal.
3.2. Neuroprotesies sensorials.
3.2.1 Pròtesis de retina.
3.2.2 Pròtesis coclears.
3.2.3 Pròtesis vestibulars.
3.2.4 Optogenètica.
Activitats experimentals: sinergies musculars a partir del senyal EMG. processament del senyal d'EMG i control de braços protèstics. Processament del senyal acumulatiu d'ENG.
| ACTIVITAT FORMATIVA | METODOLOGIA | COMPETÈNCIES |
| L'aprenentatge orientat a projectes és un mètode basat en l'aprenentatge experiencial i reflexiu en el qual tenen una gran importància el procés investigador al voltant d'un tema, amb la finalitat de resoldre problemes complexos a partir de solucions obertes o abordar temes difícils que permetin la generació de coneixement nou i desenvolupament de noves habilitats per part dels estudiants. La classe magistral, serà l'escenari per: Aprendre i utilitzar la terminologia i estructures lingüístiques relacionades amb l'àmbit científic. Practicar i desenvolupar destreses de comunicació oral i escrita. I per aprendre com analitzar bibliografia i literatura sobre temes de Bioenginyeria. Practicar pautes per identificar i entendre les idees principals a durant la classe magistral. Aquesta activitat formativa és una eina essencial en la formació des del seu origen i ha de tenir una presència molt important en aquesta estructura de grau. Lectura de textos dirigits amb el fi d'accedir al pensament crític, el qual compleix un paper fonamental en la formació de ciutadans conscients i responsables Activitat no presencial, en aquesta activitat l'estudiant realitza una tasca de sedimentació i repòs del coneixement, necessari sempre abans de fer una tasca nova. El plantejament d'exercicis i problemes per part del professor, ajuda l'alumne a avançar en el procés enginyeril del disseny, guiat pel professor es van aconseguint fites parcials que faciliten la integració del coneixement teòric adquirit. Activitat no presencial, en aquesta activitat l'estudiant realitza exercicis de forma autònoma, sense la presència del professor. En aquesta fase apareixen sempre més dubtes, però al no tenir l'opció de preguntar immediatament es produeix un esforç addicional per part de l'alumne. | Les classes pràctiques permeten a l'alumne interactuar en primera persona amb les eines de treball, en petits grups o de forma individual es realitzen petites demostracions pràctiques dels coneixements teòrics adquirits durant les classes teòriques A les classes teòriques s'ha d'establir el saber fonamental i científic que s'assenten les bases del coneixement i rigor que exigeix l'estudi de l'enginyeria La metodologia docent basada en la reflexió, poden proporcionar a l'alumne en un menor espai de temps, coneixements i habilitats útils per abordar problemes d'una forma eficaç El treball en grup és una eina essencial en la societat actual. En el camp de la bioenginyeria on els processos de disseny i productius no els realitza una única persona és essencial aprendre a treballar de forma mancomunada. El treball individual, a través de l'estudi, la recerca d'informació, el processament de dades i la interiorització dels coneixements permeten a l'alumne consolidar el seu aprenentatge. | CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CE1 CE10 CE12 CE13 CE15 CE16 CE17 CE21 CE3 CE5 CE7 CE8 CG1 CG10 CG2 CG3 CG4 CG5 CG6 CG7 CG8 CG9 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7 |
La qualificació final de l'assignatura s'obtindrà com;
Nota=0,4·Nef +0,3·Nlab+0,3·Ntreb
On
Nef : Nota examen final
Nlab : Nota pràctiques laboratori
Ntreb : Nota treballs de l'assignatura
No hi ha examen parcial.
Per a optar a l'apte és imprescindible realitzar les pràctiques de laboratori de l'assignatura.
Consideracions importants:
[1] Farina et al. Introduction to Neural Engineering for Motor Rehabilitation. IEEE Press Series on Biomedical Engineering Book.
[2] Tojeiro Calaza, Germán. 2014. Taller de Arduino: un enfoque práctico para principiantes. Barcelona, Marcombo.
[3] Wilcher, Don. 2012. Learn electronics with Arduino. New York, Apress.