EQUIPAMENTO PORTÁTIL DE LEITURA NEURAL

Contexto Social e Profissional de Engenharia Mecatrônica

Álan CrístofferGabriel CabralGilberto Sousa

Marcony MontiniMateus Amaral

Origem• A empresa australiana Emotiv Systems foi fundada em 2003 por 4

cientistas (Doutor Allan Snyder, desenvolvedor de circuitos Neil Weste, e empresários Tan Le e Nam Do) para vender os dispositivos por ela desenvolvidos: Emotiv EPOC e Emotiv EGG. Este trabalho irá focar no Emotiv EPOC, que é um dispositivo de leitura neural wireless multicanal de alta resolução, e suas possíveis aplicações na mecatrônica.

Objetivo desenvolvimento• O EPOC foi desenvolvido com o intuito de proporcionar uma nova

experiência em jogos, mas, por ser um modo de entrada de dados no computador, pode ser utilizado para outras funções, como, por exemplo, controle de veículos automotores como cadeira de rodas e scooters elétricos.

O que é o EPOC• O EPOC é um dispositivo eletroeletrônico, mas seu uso na maioria

das vezes o caracterizara como um dispositivo mecatrônico, pois tem as partes de Elétrica/Eletrônica e Programação que fazem parte do próprio sistema, e Programação e Controle desenvolvidos para fim especifico, como usar pensamentos (dados vindos do dispositivo) para controlar ações no computador ou dispositivo próprio. No caso da cadeira de rodas, também engloba a parte de Mecânica, o que torna mais visível o teor Mecatrônico do sistema montado.

O Dispositivo• O EPOC é um aparelho de eletroencefalograma portátil,

composto por 14 sensores e 2 sensores de referencia que interpreta dados destes em tempo real e converte os “pensamentos” da pessoa em sinais que podem ser interpretados programaticamente. O mapeamento entre pensamentos e sinais é feito através de calibração, colhendo dados previamente da pessoa para saber como seu cérebro responde a cada pensamento. Contém também um giroscópio, o que permite saber a posição/direção da cabeça em no espaço.

 

Software de Desenvolvimento

Eletroencefalograma convencional

EPOC

Captura de Dados• O dispositivo captura os dados e é capaz de detectar

expressões faciais, emoções e intenções.

• Expressões faciais (11 expressões/ações faciais)• Piscar• Piscar olho direito• Piscar olho esquerdo• Levantar as sobrancelhas• Franzir as sobrancelhas• Sorrir• Cerrar a boca• “meio sorriso” pra esquerda• “meio sorriso” pra direita• Gargalhar

Treinamento de Expressões Faciais

Emoções• Três emoções: comprometimento, excitação instantânea, e excitação

prolongada. Com estas emoções você pode interpretar:

• Excitação instantânea: excitação, nervosismo, agitação.• Excitação prolongada: os mesmos acima, mas com algoritmo de detecção

diferente, mais especifico.• Comprometimento: estado de alerta, vigilância, concentração, estímulo,

interesse.

Intenções• Esta é a parte mais próxima de “leitura cerebral” como conhecido

popularmente. O aparelho detecta atividade neural e distingue entre as seguintes ações:• Direcional: Empurrar, puxar, direita, esquerda, pra cima e pra baixo• Rotações: horário, anti-horário, esquerda, direita, pra frente e pra trás.• Desaparecer, ação não presente no mundo físico.

Aplicações• O Emotiv EPOC é um dispositivo de comunicação homem-máquina. Usando-

o em conjunto com hardware e software feitos para recebe-lo - ou adaptado para hardware feito para funcionar com outros métodos de entrada, como botões ou portas de comunicação - consegue-se uma forma de controle que antes só era possível em filmes e literatura de ficção científica: controle por pensamentos.

• Este tipo de controle não foi desenvolvido para substituir os controles existentes, mas para ser usado em casos onde necessita-se das mãos livres ou onde os controles tradicionais não consigam interpretar os sinais necessários, como no caso da leitura de emoções.

Aplicações• Jogos• Recuperação de Pacientes com dificuldade de locomoção• E outras...

Movimentação De Veículos Terrestres• Cadeira De Rodas

• Tal projeto já foi desenvolvido pela Emotiv, usando expressões faciais para movimentar uma cadeira de rodas elétrica, mas uma abordagem melhor seria usar intenções direcionais e de rotação. Mesmo que estes, a principio, requeiram maior esforço por parte do usuário para repetir os comando de forma que o aparelho consiga detecta-los corretamente, com tempo o usuário deverá ser capaz de executá-los com naturalidade.

Movimentação De Veículos Terrestres• Trator

• O Departamento de Teoria de Sinal da Universidade de Valladolid, Espanha, criou um trator controlado pelo EPOC. Eles integraram o dispositivo aos motores e à um GPS para movimentar o trator até um ponto desejado. A figura abaixo ilustra a ligação entre os componentes.

• Assim como no caso da cadeira de rodas foram usadas expressões faciais para controlar a direção do trator, com o usuário tendo que piscar e abrir/travar a mandíbula para mudar o curso do trator.

Movimentação De Veículos No Espaço• A Emotiv também adaptou um helicóptero para ser usado com o

EPOC. Este é um tipo de veiculo que é mais fácil de ser controlado com a mente do que por botões e alavancas, pois desloca-se tridimensionalmente, o que não é fácil de ser abstraído para controles tradicionais. Quando abstraído, o operador tem que ser bem treinado para não cometer erros durante a navegação, por exemplo, por confundir os controles, que não são naturais.

Veículo Submerso Autônomo• Da mesma forma que é controlado um aeromodelo, pode-se também

controlar um veículo submerso autônomo. Tais veículos são utilizados para fazer trabalhos em altas profundidades, onde é difícil ou muito perigoso mandar um ser humano para fazer o serviço.

•  • Uma boa aplicação para o DIN em busca e recuperação de objetos

submersos é tornar o controle da câmera independente da direção de navegação do veiculo. Desta forma o controlador pode ver em volta do veiculo simplesmente olhando pros lados, sem desviar o curso de navegação.

Robôs e Braços Mecânicos• Já foi feito uma analise da viabilidade do uso do EPOC para controlar

braços mecânicos bem como estudos para utilizar o EPOC para verificar o grau de aceitação dos movimentos de um robô por seres humanos. Isso nos mostra que não só é possível utilizar o EPOC para controlar partes mecânicas como também é possível utiliza-lo para tornar essas partes mais apresentáveis para um publico externo.

 

Na Medicina• Fisioterapia

• Os métodos atuais de reabilitação de pacientes que sofreram traumas nervosos, como AVC (Acidente Vascular Cerebral), atua no paciente de fora pra dentro, forçando a movimentação do membro afetado mesmo sem a intenção do paciente.

Cirurgias• Hoje não é recomendável o uso do dispositivo para realizar cirurgias

devido à baixa precisão oferecida pelos sensores, que não são o suficiente para operar um braço mecânico em algo tão delicado quanto uma cirurgia. Com a evolução da tecnologia, no entanto, será possível controlar tais equipamentos, o que possibilitará a realização de cirurgias assistidas por computador. 

Conclusão• O Emotiv EPOC é um dispositivo comercialmente viável que cria

varias possibilidades de melhorias em sistemas existentes devido à sua forma de controle, bem como a criação de novos sistemas únicos.

• Por ser controlado apenas com a mente, algo que até hoje fazia parte apenas da literatura de ficção cientifica, ele é muito atrativo para a indústria de entretenimento, que pode utiliza-lo para dar ao usuário uma forma de controle que este não imagina fazer parte do presente, apenas do futuro.