Motion capture via MEMS-type inertial sensors and low-cost magnetometers for biomechanical applications.

• Grant number: 20/09267-3
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: August 01, 2020
• End date: April 30, 2021
• Field of knowledge: Engineering - Electrical Engineering - Electrical, Magnetic and Electronic Circuits
• Principal Investigator: Mário Sandro Francisco da Rocha
• Grantee: Rinaldo Miranda
• CNAE: Atividades de produção cinematográfica, de vídeos e de programas de televisão ; Desenvolvimento de programas de computador sob encomenda ; Pesquisa e desenvolvimento experimental em ciências físicas e naturais
• Associated research grant: 17/19494-4 - Motion capture based on low cost MEMS Inertial and Magnetic Sensors applied to biomechanics, AP.PIPE

Abstract

Medições precisas da orientação espacial desempenham papel crítico em campos como: aeroespacial, robótica, navegação, análise do movimento humano e interação homem-máquina. Com o avanço de algumas tecnologias, especialmente os Micro Eletromechanical Systems (MEMS), cresce o número de aplicações da captura de movimento (Mocap) em fisioterapia, biomecânica, reabilitação, esportes, ergonomia, cinema, jogos etc. No mercado, existem alguns sistemas Mocap, com diferentes tecnologias, atendendo a diferentes níveis de precisão.Atualmente, todas as tecnologias têm vantagens e desvantagens, mas o uso dos SoC (System on Chip), que inclui acelerômetros e giroscópios do tipo MEMS e magnetômetros (sistema wearable), é considerada a mais promissora, por independer de referências externas.Em termos práticos, o estado atual da arte pode ser resumido na patente em nome da cessionária holandesa Xsens, nosso principal concorrente. Como essa patente não foi registrada no Brasil, pretende-se reproduzi-la e utiliza-la. Sendo esta, uma grande inovação em âmbito nacional, enxergamos como excelente negócio a criação de uma empresa nacional de sistemas Mocap. Obter resultados satisfatórios neste projeto proposto, é o primeiro passo para superar o estado da arte em novas pesquisas e criar uma empresa nacional para desenvolvimento de novas soluções com a tecnologia inercial/magnética MEMS. Este projeto tem como ponto de partida um sistema composto por módulos inerciais, já desenvolvido por Anderson Oliveira com base em sua dissertação de mestrado, e uma interface gráfica de usuário, desenvolvida pelo pesquisador Mário Sandro utilizando o software Blender e scripts em python.Como inovação sobre o estado atual, pretende-se desenvolver um sistema de captura de movimento humano, incluindo hardware e software capazes de atender as aplicações em biomecânica. O desenvolvimento da interface gráfica e suas funcionalidades serão pautadas nos resultados da pesquisa de campo realizada com profissionais dessa área, tanto de clínicas como de universidades. Dessa forma, os objetivos definidos são: desenvolver um sistema embarcado para transmissão de dados em meios físicos apropriados, com até 32 módulos inerciais/magnéticos fornecendo a orientação espacial nos pontos onde estão instalados; e desenvolver aplicação para PC com interface gráfica de usuário destinada à área de biomecânica, fazendo leitura e apresentação em tempo real dos dados de interesse.Nossa expectativa é produzir um sistema de Mocap com alto potencial de popularização e variedade de aplicações - por ser pequeno, rápido, imune à oclusão, robusto, barato, e sem fios - e que seja internacionalmente competitivo, com impacto no mercado nacional (sem custos de importação).