Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser Anders Eriksson och Elena Gutierrez-Farewik KTH Mekanik, (E G-F även KI, Kvinnors och barns hälsa)

En presentation över ämnet: "Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser Anders Eriksson och Elena Gutierrez-Farewik KTH Mekanik, (E G-F även KI, Kvinnors och barns hälsa)"— Presentationens avskrift:

1 Simulering (och förbättring) av mänskliga rörelser Anders Eriksson och Elena Gutierrez-Farewik KTH Mekanik, (E G-F även KI, Kvinnors och barns hälsa)

2 2006-02-15KTH Mekanik2 Biomekanik, muskelarbetets mekanik

3 2006-02-15KTH Mekanik3 Biomekanik, muskelarbetets mekanik Muskelfysiologiska modeller (experimentellt samarbete med KI, Fysiologi och Farmkalogi) Statisk optimering av bärförmåga och rörelser Dynamisk optimering av rörelsemönster (under villkor) Grundforskning, med kliniska implikationer

4 2006-02-15KTH Mekanik4 Numeriska muskelmodeller Hill-modeller: Original + diverse förbättringar Stora brister i allmänna kombinationer av rörelse och aktivering. Våra typexempel: Muskelmotståndet i nacken vid frontalkollision Kajsas och Stefans avstamp.

5 2006-02-15KTH Mekanik5 Typiskt resultat Förenklad ’crash test dummy’. Mekanisk modell. Antaget: krockförutsättningar bara muskeleffekter ska bromsa nackvinkeln skadekriterium Slutsats: Oförberedd, Maxhastighetca 28 km/h Förbereddca 43 km/h Produkt: krocksensor för förhandsvarning.

6 2006-02-15KTH Mekanik6 Redundanta kraftsystem Jämvikt i system med redundanta kraftvägar. (Höggradigt) redundanta system. Alternativa rörelse- mönster och kraft- fördelningar. Hur väljer naturen?

7 2006-02-15KTH Mekanik7 Kapacitet i olika positioner, ur antagna muskeldata

8 2006-02-15KTH Mekanik8 Utnyttjande av övertalighet Sentransfereringar: Att låta en muskel göra en annans jobb… Vad är mest önskvärt av minimala rörelser Hur göra? Vad blir effekterna? Produkt: ett simuleringsverktyg för att under kirurgiska ingrepp planera och utvärdera olika strategier. Eller, ett provningsprogram och ett analysverktyg för att utvärdera enskilda musklers kapacitet.

9 2006-02-15KTH Mekanik9 Dynamisk situation: rörelseanalys Att kunna mäta och beskriva rörelser…. för många olika syften Och att använda dessa i simuleringar.

10 2006-02-15KTH Mekanik10 Principer En markör sedd av flera kameror Flera 2D bilder räknas till en 3D bild kamera

11 2006-02-15KTH Mekanik11 Hur det fungerar

12 2006-02-15KTH Mekanik12 Hur det fungerar

13 2006-02-15KTH Mekanik13 Ett exempel (av många) Klinisk rörelseanalys (anonymiserad!) Före och efter.

14 2006-02-15KTH Mekanik14 Efter vad? Olika typer av tekniska stöd. Optimerade för olika svagheter i muskelsystemet. Individanpassning (ur styrkemätningar) Produkternas utformning och hållbarhet. Simulering tillsammans med kroppsdelen Produkter: Nya former, simuleringsverktyg

15 2006-02-15KTH Mekanik15 Komplexa rörelsemönster Skenbart enkla rörelser, som att hoppa rakt upp… Att simulera, förstå, optimera och förse med lämplig utrustning… Att koda och ’visualisera’ rörelserna för inlärning.

16 2006-02-15KTH Mekanik16 Dynamiska simuleringar Optimala rörelsemönster (från start- till slut-, via mellan-tillstånd) Dynamisk jämviktsformulering ur mekaniken (av godtycklig komplexitet). Optimalitetskriterium Restriktioner på rörelser och krafter Optimal(?) rörelse (åtminstone för robot) Preliminär algoritm finns utvecklad

17 2006-02-15KTH Mekanik17 Slutkommentarer Många muskelmekaniska situationer kan simuleras numeriskt. Simuleringarna är i sig en produkt, Och kan användas för att utveckla Procedurer och prylar. (Och då har vi ändå inte nämnt neurologiskt styrda muskelproteser, eller artificiella nerver för styrning)

18 2006-02-15KTH Mekanik18 Eller, i annan form Mekanik ger bra modeller för musklernaMen, någon annan får ge muskler till modellerna: