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ORCID:  http://orcid.org/0009-0001-3758-2716
Tipo do documento: Trabalho de Conclusão de Curso
Tipo de acesso: Acesso Embargado
Término do embargo: 2026-04-25
Título: Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano
Título(s) alternativo(s): Use of Artificial Intelligence (AI) Techniques for the Development of Serious Games Applied to a Robotic Structure Aimed at the Rehabilitation of the Human Ankle
Autor(es): Freitas, Matheus de Souza
Primeiro orientador: Gonçalves, Rogério Sales
Primeiro membro da banca: Gonçalves, Rogério Sales
Segundo membro da banca: Ladeira, Guênia Mara Vieira
Terceiro membro da banca: Garcia, Gabriella Faina
Resumo: Este Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) envolve o uso de técnicas de Inteligência Artificial (IA) na criação de jogos sérios voltados a reabilitação do tornozelo humano. Seu objetivo é fazer o uso de IAs para ajudar o paciente em tempo real na realização de sua terapia, guiando-o para um movimento do pé adequado a sua condição enquanto joga, favorecendo o sentimento de realização ao conseguir uma boa pontuação no jogo. Primeiro estudou-se quanto a criação de jogos e jogos sérios, que fatores devem-se levar em consideração para divertir o jogador, e que características deve ter para permitir uma reabilitação mais participativa ao usuário. Observou-se também o cenário de aplicação de IA em jogos e em fisioterapias, os tipos de equipamentos existentes e feedbacks fornecidos pelos pacientes. Desenvolveu-se então um jogo para cada um dos três movimentos principais do tornozelo humano, buscando uma aproximação, e fácil associação, do movimento a ser performado pelo usuário e o resultado deste na tela do jogo. Na sequência foi realizado o estudo para o estabelecimento da comunicação entre hardwares e softwares, levando o movimento realizado na bancada de testes utilizada até o personagem do jogo (no Unity), possibilitando uma transmissão de informação responsiva e rápida a partir dos protocolos de comunicação. Houve também o processo de integração, centralizando as principais etapas de processamento e análise de dados no Matlab de forma a facilitar a comunicação e futuras alterações. Posteriormente, focou-se na seleção da técnica de inteligência artificial mais adequada, na sua aplicação ao sistema já existente e no seu treinamento, alterando configurações e buscando uma Rede Neural Artificial (RNA) capaz de jogar sozinha, isto é, tomar o controle do personagem e alcançar a melhor pontuação possível. Finalmente, integrou-se todo o sistema, desenvolveu-se uma forma de deixar a IA controlar o motor e foi possível fazê-la jogar, de acordo com objetivo inicial do trabalho, mostrando a possibilidade de os jogos sérios desenvolvidos serem utilizados nos procedimentos de reabilitação do tornozelo. Com os resultados simulados, apresenta-se a possibilidade da realização de uma assistência por parte do jogo ao usuário, de maneira a conduzi-lo, quando necessário, a completar as ações desejadas para a movimentação dos personagens nos jogos.
Abstract: This Bachelor's Thesis (TCC) involves the use of Artificial Intelligence (AI) techniques to the creation of serious games aimed at the rehabilitation of the human ankle. Its objective is to use AIs to help the patient in real time in carrying out their therapy, guiding them to a foot movement appropriate to their condition while playing, favoring the feeling of accomplishment when achieving a good score in game. Primarily, the creation of games and serious games was studied, searching for what factors must be considered to entertain the player, and what characteristics must be present to allow a engaged rehabilitation for the user. The scenario of AI in games and physiotherapy, as well as the types of existing equipment and feedback provided by patients were also taken into account. A game was then developed for each of the three main movements of the human ankle, seeking an approximation, and easy association, of the movement to be performed by the user and its outcome on the game screen. Subsequently, the establishment of a communication between hardware and software was done, taking the movement carried out on the existing test bench to the game character (in Unity), enabling a responsive and fast transmission of information based on the communication protocols employed. This phase also consists of the integration process, centralizing the main data processing and analysis steps in Matlab in order to facilitate communication and future changes. Afterwards, the most appropriate artificial intelligence technique was then selected and applied to the existing system and then trained, while changing configurations and searching for an Artificial Neural Network (ANN) capable of playing by itself, which means, taking control of the character and reaching the best possible score. At last, the entire system was integrated, a method was developed to let the AI manipulate the electric motor and it was possible to make it play, consistent with the initial objective of the study, thus demonstrating the potential for the developed serious games to be used in ankle rehabilitation procedures. With these results, there is potential for the game in aiding the user by guiding them as needed to complete the desired actions for character movement in the games.
Palavras-chave: reabilitação do tornozelo humano
human ankle rehabilitation
jogos sérios
serious games
inteligência artificial
artificial intelligence
estrutura robótica
robotic structure
protocolo de comunicação
communication protocol
Área(s) do CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Idioma: por
País: Brasil
Editora: Universidade Federal de Uberlândia
Referência: FREITAS, Matheus de Souza. Uso de Técnicas de Inteligência Artificial para o Desenvolvimento de Jogos Sérios Aplicados a Estrutura Robótica para Reabilitação do Tornozelo Humano. 2024. 165 f. Tabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2024.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/43570
Data de defesa: 25-Abr-2024
Aparece nas coleções:TCC - Engenharia Mecânica

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