Dissertação
{en_GB=Energetic Analysis of the Ankle Musculoskeletal Complex with a Passive Spring Exoskeleton} {} EVALUATED
{pt=O melhoramento das capacidades físicas humanas tem estado na vanguarda do desenvolvimento de exoesqueletos na última década. Nomeadamente, dispositivos passivos estão a ser desenvolvidos e estudados com o intuito de reduzir o custo metabólico da marcha. Nesta dissertação apresenta-se um modelo computacional do complexo musculoesquelético do tornozelo com o objectivo de estudar a mecânica e energética desta articulação durante o ciclo da marcha, quer quando auxiliada por um dispositivo quer não. O modelo desenvolvido é composto pelo soleus e tibialis anterior, bem como uma mola de rigidez linear em paralelo com a articulação, que lhe acrescenta momento durante a fase de apoio. Cada músculo é modelado através de um modelo tipo Hill acoplado a um modelo muscular de gasto energético, o que permite a análise simultânea de alterações na mecânica e energética dos músculos durante a variação da rigidez da mola entre 0 de 200 Nm/rad. É também analisado o custo metabólico total associado à articulação, para o qual é obtido um mínimo para uma rigidez intermédia de 150 Nm/rad. Este resultado suporta a possibilidade de reduzir o custo metabólico da marcha através de dispositivos passivos. Simultaneamente, o mesmo resultado evidencia que alterar o ciclo de marcha natural, sem uma análise cuidada, pode levar a um aumento do custo metabólico durante o ciclo de marcha. , en=The augmentation of human capabilities has been at the forefront of exoskeleton development in the past decade. Recently, passive devices have been developed and studied as an option for reducing the metabolic cost during gait. In this dissertation, a computational model of the ankle musculoskeletal complex is developed with the intention of studying the mechanics and energetics of this joint during the gait cycle, whether aided by an exoskeleton or not. The developed model is composed of the soleus and the tibialis anterior, as well as a linear stiffness spring in parallel with the joint, which provides an added moment during stance. Each muscle is modeled as a Hill-type muscle coupled to an energy expenditure muscle model. This allows for the simultaneous analysis of changes to both mechanics and energetics of the muscles when spring stiffness is varied between 0 and 200 Nm/rad. The total metabolic cost associated with the joint is also analysed and a minimum is reached for an intermediate stiffness of 150 Nm/rad. This finding supports the idea of reducing the metabolic cost of walking using passive devices, while providing evidence that altering the natural gait cycle, without careful analysis, can lead to an increase in its metabolic cost. }
dezembro 2, 2021, 14:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)
Professor Associado
