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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49128Full metadata record
| DC Field | Value | Language |
|---|---|---|
| dc.creator | Costa, Vinicius Teixeira da | - |
| dc.date.accessioned | 2026-07-28T12:06:48Z | - |
| dc.date.available | 2026-07-28T12:06:48Z | - |
| dc.date.issued | 2026-07-10 | - |
| dc.identifier.citation | COSTA, Vinicius Teixeira da. Controle de escorregamento baseado em modelo neuromimético embarcado adaptativo. Tese (Doutorado em Engenharia Biomédica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2026. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.524. | pt_BR |
| dc.identifier.uri | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/49128 | - |
| dc.description.abstract | The ability to dexterously manipulate objects is a fundamental human skill based on fast reflex loops and tactile feedback. In upper-limb amputees, the lack of sensory perception in commercial prostheses is one of the leading causes of user rejection and device abandonment, with clinical abandonment rates reaching up to 30%. Mimicking the motor grasp reflex in real time (latency below 100 ms) is a major challenge in rehabilitation robotics due to the high computational cost of conventional methods and constraints of wearable hardware. This thesis proposes and validates the hypothesis that an embedded, bio-inspired event-driven architecture based on neuromorphic coding and fed by a high-density piezoresistive tactile array can detect and suppress slip locally and autonomously within timeframes compatible with the human reflex arc. The developed system integrates a 4 × 4 taxel piezoresistive sensor array covered by a 2 mm layer of EcoFlex 00-30 silicone on the fingertips of a commercial robotic prosthesis (COVVI Hand) coupled to an industrial manipulator (DOBOT CR10A). Analog pressure readings are locally converted into action potentials (spikes) using the Izhikevich neuron model to emulate slowly adapting (SA-I) and fast-adapting (FA-I) mechanoreceptors. Active slip suppression is executed using a Monotonic Proportional-Integral (MPI) controller operating at 500 Hz. Under abrupt perturbation (Experiment A: 20 g step load), the average suppression time was 70 ± 22 ms (FA-I) and 80 ± 25 ms (SA-I). Under progressive perturbation (Experiment B: water flow at 50 ml/s), the reaction times were 82 ± 28 ms (FA-I) and 95 ± 34 ms (SA-I). The main finding of this work is the demonstration that local event-driven processing successfully circumvents the non-linearities and hysteresis of the silicone, enabling low-cost microcontrollers to run fast and robust closed-loop reflex controls. In conclusion, the proposed embedded neuromorphic architecture enables energy-efficient wearable solutions, which are essential for real functional upper-limb rehabilitation. | pt_BR |
| dc.description.sponsorship | CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico | pt_BR |
| dc.language | por | pt_BR |
| dc.publisher | Universidade Federal de Uberlândia | pt_BR |
| dc.rights | Acesso Aberto | pt_BR |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Bioinspirado | pt_BR |
| dc.subject | Escorregamento | pt_BR |
| dc.subject | Neuromórfico | pt_BR |
| dc.subject | Prótese | pt_BR |
| dc.title | Controle de escorregamento baseado em modelo neuromimético embarcado adaptativo | pt_BR |
| dc.title.alternative | Embedded Adaptive Slip Control Based on a Neuromimetic Model | pt_BR |
| dc.type | Tese | pt_BR |
| dc.contributor.advisor-co1 | Almeida, Marcelo Barros de | - |
| dc.contributor.advisor-co1Lattes | http://lattes.cnpq.br/0711663486251657 | pt_BR |
| dc.contributor.advisor1 | Soares, Alcimar Barbosa | - |
| dc.contributor.advisor1Lattes | http://lattes.cnpq.br/9801031941805250 | pt_BR |
| dc.contributor.referee1 | Oliveira, Sérgio Ricardo de Jesus | - |
| dc.contributor.referee1Lattes | http://lattes.cnpq.br/1434903162665776 | pt_BR |
| dc.contributor.referee2 | Siqueira Junior, Ailton Luiz Dias | - |
| dc.contributor.referee2Lattes | http://lattes.cnpq.br/4461279949445844 | pt_BR |
| dc.contributor.referee3 | Nagem, Danilo Alves Pinto | - |
| dc.contributor.referee3Lattes | http://lattes.cnpq.br/5934458385325202 | pt_BR |
| dc.contributor.referee4 | Costa, Ana Clara Pereira Resende da | - |
| dc.contributor.referee4Lattes | http://lattes.cnpq.br/2447213209926731 | pt_BR |
| dc.creator.Lattes | http://lattes.cnpq.br/7845859148749531 | pt_BR |
| dc.description.degreename | Tese (Doutorado) | pt_BR |
| dc.description.resumo | A destreza na manipulação de objetos é uma habilidade humana fundamental baseada em arcos reflexos rápidos e no feedback tátil. Em indivíduos amputados, a ausência de percepção sensorial em próteses comerciais é uma das principais causas de rejeição e abandono desses dispositivos, com taxas de abandono clínico que chegam a 30%. Mimetizar o reflexo motor de preensão em tempo real (latência inferior a 100 ms) é um desafio na robótica de reabilitação devido ao custo computacional de métodos convencionais e limitações de hardware vestível. Esta tese propõe e valida a hipótese de que um processamento bioinspirado embarcado, baseado em codificação neuromórfica e alimentado por uma matriz tátil piezorresistiva de alta densidade, é capaz de identificar e suprimir escorregamentos de forma local e autônoma dentro de tempos compatíveis com o arco reflexo humano. O sistema desenvolvido integra uma matriz de sensores piezoresistivos de 4 × 4 taxels recoberta por uma camada de silicone EcoFlex 00-30 de 2 mm na ponta dos dedos de uma prótese robótica comercial (COVVI Hand) acoplada a um manipulador industrial (DOBOT CR10A). As leituras de pressão analógicas são convertidas localmente em potenciais de ação (spikes) usando o modelo de neurônio de Izhikevich para emular mecanorreceptores de adaptação lenta (SA-I) e rápida (FA-I). A supressão ativa de escorregamentos é executada através de um controlador Proporcional-Integral Monotônico (MPI) operando a 500 Hz. Sob perturbação abrupta (Experimento A: degrau de 20 g), o tempo médio de supressão foi de 70 ± 22 ms (FA-I) e 80 ± 25 ms (SA-I). Sob perturbação progressiva (Experimento B: rampa de água a 50 ml/s), os tempos de reação foram de 82 ± 28 ms (FA-I) e 95 ± 34 ms (SA-I). O principal achado deste trabalho é a comprovação de que o processamento orientado a eventos local contorna as não linearidades e a histerese do silicone, permitindo que microcontroladores de baixo custo executem laços de controle reflexo rápidos e robustos. Conclui-se que a arquitetura neuromórfica embarcada proposta viabiliza soluções vestíveis energeticamente eficientes, essenciais para a reabilitação funcional real de membros superiores. | pt_BR |
| dc.publisher.country | Brasil | pt_BR |
| dc.publisher.program | Programa de Pós-graduação em Engenharia Biomédica | pt_BR |
| dc.sizeorduration | 100 | pt_BR |
| dc.subject.cnpq | CNPQ::ENGENHARIAS | pt_BR |
| dc.identifier.doi | http://doi.org/10.14393/ufu.te.2026.524 | pt_BR |
| dc.orcid.putcode | 222115847 | - |
| dc.subject.autorizado | Engenharia biomédica | pt_BR |
| dc.subject.ods | ODS::ODS 9. Indústria, Inovação e infraestrutura - Construir infraestrutura resiliente, promover a industrialização inclusiva e sustentável, e fomentar a inovação. | pt_BR |
| Appears in Collections: | TESE - Engenharia Biomédica | |
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