Metaestrutura inteligente programável para controle passivo de tremores parkinsonianos

Abstract

Os tremores humanos podem estar relacionados a diversas condições físicas e patológicas conhecidas na literatura, mas nem sempre podem ser tratados com técnicas relacionadas a sua origem. Medicamentos, procedimentos cirúrgicos e até fisioterapias são exemplos de técnicas de tratamento que podem ter restrições ou efeitos colaterais para certos portadores de tremor. Em cima dessa fresta, alguns tipos de dispositivos e órteses vem sendo desenvolvidas com o objetivo de reduzir esses tremores de forma menos invasiva e com melhores capacidades de controle vibracional. Assim, o presente trabalho apresenta uma análise de uma metaestrutura inteligente, projetada para suprimir tremores de membros humanos de forma passiva. Essa metaestrutura consiste em uma viga com transdutores piezoelétricos distribuídos periodicamente ao longo de uma de suas superfícies (configuração unimorfe). Cada piezoelétrico é conectado a um circuito elétrico do tipo shunt, responsável por dissipar a energia elétrica gerada pela deformação do piezoelétrico de forma controlada. As configurações topográficas do circuito shunt podem ser formadas por diversas combinações de componentes passivos, como resistores, indutores, diodos e capacitores. Cada configuração, no entanto, exerce um efeito distinto sobre a atenuação dos tremores, dependendo das conexões em série ou paralelo, bem como dos valores nominais e das tolerâncias dos componentes adotados. Nesse contexto, é apresentado uma análise das diferentes configurações de circuitos shunt, típicas da literatura, acoplados a diferentes números de piezoelétricos na metaestrutura, com o objetivo de avaliar os efeitos vibracionais de cada configuração e identificar qual configuração é mais eficaz para atenuar tremores no membro superior humano em condição de repouso. Para representar o comportamento dinâmico do membro humano superior foi desenvolvido um modelo biomecânico, baseado no Método dos Elementos Espectrais. Esse modelo leva em consideração as características típicas de amplitude e frequência de tremores promovidos pela doença de Parkinson. Os resultados obtidos indicam que a técnica de metaestrutura é eficaz no controle vibracional do modelo biomecânico de diversas formas. No entanto, para os casos em que se busca controlar especificamente uma ou mais bandas de frequência associadas ao Parkinson, sobrepõe-se a utilização com circuito multiressonante, devido à sua capacidade de gerar bandgaps mais amplos em comparação com outras configurações, como a puramente resistivo e ressonante single. Além disso, o número de pastilhas piezoelétrico é um fator proporcional ao nível de atenuação dos tremores, e a tolerância de 5% dos componentes elétricos comuns apontam uma problemática considerável para a escolha da frequência de atenuação.