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Biomecânica I 2020.QS

O estudo da estrutura e função dos sistemas biológicos por meio dos métodos da mecânica.

Disciplina de graduação do curso de Engenharia Biomédica

Sigla: DAESTB007-17SB e NAESTB007-17SB

TPI: 2-2-4

Carga Horária: 48h

Recomendação: Mecânica dos Sólidos I; Computação Científica aplicada a Problemas Biológicos.

Professor: Marcos Duarte, Renato Watanabe

 

Horário das aulas

  • Diurno: Terças 8h-10h e Quintas 10h-12h, aula pelo Google Meet
  • Noturno: Terças 19h-21h e Quintas 21h-23h. aula pelo Google Meet

Cronograma

Aula Data Local Assunto
1 m  22/09 Apresentação da disciplina

Introduction to Biomechanics
2 m    24/09 Python for scientific computing

Python tutorial

Scalar and Vector

 

Sugestão de Exercícios:
3 m 29/09 Kinematics of particle

Angular Kinematics

Review: Scalar and Vector

Tarefa 1 para aula 4: (entregar até antes da aula do dia 08/10)

  • Modelagem e simulação (gráficos) da posição, velocidade e aceleração em função do tempo de uma partícula lançada ao ar próximo da superfície da Terra (despreze a resistência do ar, adote aceleração da gravidade constante e escolha quaisquer posição, ângulo e velocidade iniciais).
  • Esta tarefa deve ser feita em Jupyter notebook (extensão .ipynb).
  • E-mail este arquivo para marcos.duarte@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 1- seu nome

Sugestão de Exercícios:
4 m 01/10 Laboratório experimental: cinemática de partícula

Leia o cap. 2 de Paython & Barlett (2008) para entender aspectos técnicos da análise do movimento por vídeo

Tarefa 2 para aula 6 (entregar até antes da aula do dia 15/10):

  • Dados da coleta (videos @ 30 fps):
  • Digitalizar video do experimento e salvar estes dados num arquivo de texto.
  • E-mail este arquivo para marcos.duarte@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 2 – seu nome
5 r  06/10 Digitalizar video do experimento e salvar estes dados num arquivo de texto. E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 2 –seu nome

O professor estará disponível para tirar dúvidas.
6 r  08/10 Laboratório computacional: Processamento dos dados do laboratório

Tarefa 3 para aula 8 (entregar até antes da aula do dia 24/10)

Relatório do laboratório I (em formato Jupyter notebook):

  • Estimar as trajetórias para posição, velocidade e aceleração (especificamente estimar o valor da aceleração da gravidade).
  • Ajustar modelo aos dados numéricos compatível com o fenômeno analisado.
  • Plotar as estimativas da posição, velocidade e aceleração obtidas numericamente e a partir do modelo.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 3 – seu nome

 
7 r  13/10 Time-varying frame

Polar Basis

Sugestão de Exercícios:
8 r 15/10 Laboratório computacional: Processamento dos dados do laboratório

Tarefa 4 para aula 10: (entregar até antes da aula do dia 05/11)

  • Encontrar uma base para cada instante em que um dos versores da base tenha a direção da posição da bola.
  • Esta tarefa deve ser feita em Jupyter notebook.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 4- seu nome
9 20/10 Prova I
10 m 22/10 Laboratório experimental: cinemática de corpos rígidos, análise da marcha

Artigo Leardini et al. (2007) , Legenda das marcas

Tarefa 5 para aula 14 (entregar até antes da aula do dia 14/11):

  • Dados da coleta (videos @ 30 fps):
  • Digitalizar videos do experimento para realizar análise 2D da marcha e salvar estes dados num arquivo de texto.
  • E-mail este arquivo para marcos.duarte@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 5 – seu nome
11 r 27/10 Kinematics of rigid body in two dimensions 

Sugestão de exercícios:

Exercícios principais: Problemas 16.2.20 e 17.1.8 do livro de Ruina e Rudra.

Exercícios complementares:  16.2.5, 16.2.10, 16.2.11, 17.1.2, 17.1.9, 17.1.10, 17.1.11 e 17.1.12 do livro de Ruina e Rudra.
12 m 29/10 Kinematics of rigid body in two dimensions: Kinematic chain in a plane

Sugestão de exercícios:

Exercícios principais: problemas 4 e 6 de Kinematic chain in a plane

Exercícios complementares:  problemas 1,2,3 e 5 de Kinematic chain in a plane
13 m  03/11 Frame of reference

Revisão: Scalar and vector

Sugestão de exercícios:

Exercícios principais: problemas 4 e 6 e 7 de Frame of reference

Exercícios complementares:  problemas 1,2,3 e 5 de Frame of reference
14 r  05/11 Laboratório computacional

Tarefa 6 para aula 17  (entregar até antes da aula do dia 28/11):

  •  Calcular sistemas de coordenadas global e locais (pé, perna, coxa e quadril) em duas dimensões  a partir dos dados digitalizados do  vídeo de uma passada do andar.
  •  Calcular sistemas de coordenadas global e locais (pé, perna, coxa e quadril) em três dimensões  a partir dos dados capturados pelas câmeras  de uma passada do andar.
  • Esta tarefa deve ser feita em Jupyter notebook.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 6 – seu nome
15 r  10/11 Transformations of rigid body in two dimensions

Sugestão de exercícios:

Exercícios principais: problema 1 de  Transformations of rigid body in two dimensions

Exercícios complementares:  problemas 2,3 e 3 de Transformations of rigid body in two dimensions
16 m  12/11 Kinematics of rigid body in three dimensions
17 m  17/11 Kinematics of rigid body in three dimensions

Angular velocity of a body in three dimension
18 r  19/11 Laboratório computacional

Tarefa 7 (entregar até o  dia 10/12)

  • Calcular ângulos articulares do tornozelo, joelho e quadril no plano sagital com os dados numéricos 2D.
  • Calcular estes mesmos ângulos articulares no plano sagital com os dados numéricos 3D.
  • Calcular a velocidade angular do pé, da perna e da coxa com os dados 2D e os dados 3D.
  • Plotar estas curvas e compará-las.
  • Esta tarefa deve ser feita em Jupyter notebook.
  • E-mail este arquivo para renato.watanabe@ufabc.edu.br com o assunto: TAREFA 7 – seu nome
19  24/11 Prova II
20  26/11 Prova substitutiva

Avaliação de desempenho e critérios de aprovação

  • A média final MF será calculada de acordo com seguite expressão:
    • MF = 0,25*Prova1 +0,4*Prova2  + 0,35*Tarefas
  • A conversão de MF para a escala conceitos será: A ≥ 8,5;  8,5 > B ≥ 7,0; 7,0 > C ≥ 6,0; 6 >  D ≥ 5,0.
  • Prova substitutiva poderá ser feita apenas mediante apresentação de justificativa para perda das provas.
  • A prova de recuperação será realizada na segunda semana do próximo quadrimestre, em data e local a serem estipulados.
  • Para quem realizar a prova de recuperação, a nota final será a média aritmética entre as notas obtidas na disciplina e na recuperação: NF = (MF+REC)/2. A conversão de nota NF para conceito será a mesma utilizada para a média final MF.

Tarefas

  • Serão realizadas 7 tarefas computacionais ao longo do curso.
  • As tarefas devem ser feitas de forma individual.
  • As tarefas devem ser entregues até a data estipulada. Não serão aceitas tarefas entregues após a data.
  • Se for detectado qualquer plágio na realização de qualquer tarefa, será atribuída nota zero para aquela tarefa para todos os envolvidos no plágio.

Softwares gratuitos para análise do movimento

Referências

  1. Notas de aula.
  2. Leardini A, Sawacha Z, Paolini G, Ingrosso S, Nativo R, Benedetti MG (2007) A new anatomically based protocol for gait analysis in children. Gait & posture, 560-571.
  3. Lynch KM, Park FC (2017) Modern Robotics: Mechanics, Planning, and Control, Cambridge University Press.
  4. Payton C, Barlett T (2008) Biomechanical evaluation of movement in sport and exercise: the British
    Association of Sport and Exercise Science guide. Routledge.
  5. Robertson G, Caldwell G, Hamill J, Kamen G (2013) Research Methods in Biomechanics. 2nd Edition. Human Kinetics.
  6. Ruina A, Rudra P (2013) Introduction to Statics and Dynamics. Oxford University Press.
  7. Winter DA (2009) Biomechanics and motor control of human movement. 4 ed. Hoboken, EUA: Wiley. xiv, 370 p. ISBN 9780470398180.
  8. Zatsiorsky VM (1998) Kinematics of human motion. Champaign, IL: Human Kinetics. 419 p. ISBN 0880116765.

Notas