Universitat Internacional de Catalunya

Computación, Robótica y Biónica 2

Computación, Robótica y Biónica 2
6
13552
3
Segundo semestre
op
OPTATIVIDAD
OPTATIVIDAD
Lengua de impartición principal: inglés

Otras lenguas de impartición: catalán, castellano

Profesorado


Hay que convenir una cita con el profesor mediante correo electrónico institucional.

Presentación

La primera parte de la asignatura se presenta el potencial del microcontrolador Arduino, y funcionamiento de los sensores y actuadores más utilidades en la robótica médica para dotar al estudiante de los conocimientos básicos para el diseño e implementación de prótesis activas e interfaces humano-máqina-humano ( HMI). También se realiza un breve introducción a la ingeniería de control moderna para resolver problemas de medida y control automático en el ámbito de la Ingeniería Biomédica.

La segunda parte del curso se centrará en la neuroingeniería de la función motora y sensorial, que aporta métodos del a neurociencia y la ingeniería para diseñar soluciones a problemas asociados a limitaciones y disfunciones motoras y sensoriales. En particular, se estudiará la rehabilitación o recuperación de las funciones motrices y sensoriales mediante el uso de neuroprótesis. Dado el carácter multidisciplinar de las prótesis neuronales, este campo ha adoptado múltiples terminologías que se utilizan sinònimament, tales como: dispositivos biónicos, neuroprótesis o prótesis neuronales.

Requisitos previos

Para acceder al curso es requisito haber cursado las siguientes asignaturas:

Asignaturas de primer curso

Cálculo

Asignaturas de segundo curso

Informática*

Fundamentos y sistemas electrónicos

Teoría de señales y sistemas

Asignaturas de tercer curso

Computación, Robótica y biónica 1

Neurociencias Aplicadas a la Ortoprótesis (Recomendable, pero no obligatoria)


* Se requiere haber alcanzado un buen nivel de programación y pensamiento computacional.

Objetivos

  1. Describir que es la Neuroingeniería y sus principales áreas de aplicación.
  2. Conocer las diferentes neuroprótesis presentes en la Neuroingeniería y su principio de funcionamiento.
  3. Comprender la diferencia entre un sensor y un actuador.
  4. Diferenciar entre una prótesis activa y pasiva y conocer sus ventajas y limitaciones.

Competencias

  • CB1 - Que los estudiantes hayan demostrado poseer y comprender conocimientos en un área de estudio que parte de la base de la educación secundaria general, y se suele encontrar a un nivel que, si bien se apoya en libros de texto avanzados, incluye también algunos aspectos que implican conocimientos procedentes de la vanguardia de su campo de estudio
  • CB2 - Que los estudiantes sepan aplicar sus conocimientos a su trabajo o vocación de una forma profesional y posean las competencias que suelen demostrarse por medio de la elaboración y defensa de argumentos y la resolución de problemas dentro de su área de estudio
  • CB4 - Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado
  • CE1 - Resolver los problemas matemáticos que puedan plantearse en el ámbito de la Bioingeniería. Aptitud para aplicar los conocimientos sobre geometría, cálculo integral, métodos numéricos y optimización.
  • CE12 - Realizar un proyecto en el ámbito de las tecnologías específicas de Bioingeniería de naturaleza profesional en el que se sinteticen e integren las competencias adquiridas en las enseñanzas.
  • CE13 - Identificar, entender y utilizar los principios de electrónica, sensores, acondicionadores y sistemas de adquisición de señales biomédica
  • CE15 - Tener la capacidad de realizar un proyecto mediante el uso de fuentes de datos, y la aplicación de metodologías, técnicas de investigación y herramientas propias de la Bioingeniería, y hacer una exposición y defensa pública del proyecto ante un público especializado de forma que se demuestre la adquisición de las competencias y conocimientos propios del Grado
  • CE16 - Aplicar la terminología propia de la Bioingeniería tanto oral como escrita en una tercera lengua.
  • CE17 - Ser capaz de identificar los conceptos de la ingeniería que se pueden aplicar en el campo de la biología y de la salud.
  • CE3 - Aplicar a la Bioingeniería los conocimientos fundamentales sobre el uso y programación de los ordenadores, sistemas operativos, bases de datos y programas informáticos.
  • CE7 - Saber reconocer la anatomía y la fisiología aplicada a las estructuras intervinientes en Bioingeniería.
  • CE8 - Dialogar con espíritu crítico sobre ideas relacionadas con el ser humano y sus principales dimensiones.
  • CG1 - Desarrollar proyectos en los ámbitos de la Bioingeniería que tengan por objeto la concepción, el diseño y la fabricación de prótesis y ortoprótesis específicas a una patología o necesidad determinada.
  • CG10 - Saber trabajar en un entorno multilingüe y multidisciplinar
  • CG2 - Promover los valores propios de una cultura pacífica, contribuyendo a la convivencia democrática, el respeto de los derechos humanos y principios fundamentales como la igualdad y la no discriminación.
  • CG3 - Tener capacidad para el aprendizaje de nuevos métodos y teorías y ser versátil para la adaptación a nuevas situaciones.
  • CG4 - Resolver problemas con iniciativa, toma de decisiones, creatividad, razonamiento crítico y de comunicación y transmisión de conocimientos, habilidades y destrezas en el campo de la Bioingeniería.
  • CG6 - Aplicar la legislación necesaria en el ejercicio de la profesión
  • CG7 - Analizar y valorar el impacto social y medioambiental de las soluciones técnicas.
  • CT2 - Tener capacidad para relacionar el bienestar con la globalización y la sostenibilidad; lograr habilidades para utilizar de forma equilibrada y compatible la técnica, la tecnología, la economía y la sostenibilidad.
  • CT3 - Saber comunicarse de forma oral y escrita con otras personas sobre los resultados del aprendizaje, de la elaboración del pensamiento y de la toma de decisiones; participar en debates sobre temas de la propia especialidad
  • CT4 - Ser capaz de trabajar como miembro de un equipo interdisciplinar, ya sea como un miembro más o realizando tareas de dirección, con la finalidad de contribuir a desarrollar proyectos con pragmatismo y sentido de la responsabilidad, asumiendo compromisos teniendo en cuenta los recursos disponibles
  • CT5 - Realizar un uso solvente de los recursos de información. Gestionar la adquisición, la estructuración, el análisis y la visualización de datos e información en el ámbito de especialidad y valorar de forma crítica los resultados de dicha gestión.
  • CT6 - Detectar deficiencias en el propio conocimiento y superarlas mediante la reflexión crítica y la elección de la mejor actuación para ampliar dicho conocimiento.
  • CT7 - Dominar una tercera lengua, habitualmente el inglés, con un nivel adecuado oral y escrito y en consonancia con las necesidades que tendrán los titulados y tituladas

Resultados de aprendizaje

Saber programar un microcontrolador para obtener los datos de un sensor.

Saber programar un microcontrolador activar y desactivar actuadores.

Describir las neuroprótesis periféricas y la reinervación muscular.

Describir las neuroprótesis sensoriales.

Describir el funcionamiento de una prótesis mioeléctrica.

Conocer los principales sensores y actuadores presentes en una prótesis mecatrónica.

Contenidos

Bloque 1. Computación y robótica.

1. La plataforma Arduino.

1.1 La familia Arduino.

1.2 La placa Arduino UNO.

1.2 La placa Arduino MKR1001.

1.3 El entorno de desarrollo integrado, IDE.

1.4 Puertos de entrada y salida. Entradas y salidas digitales. Entradas analógicas. Salidas analógicas. puertos PWM

1.5 El lenguaje de programación Arduino.

1.6 Extensiones para Arduino (Shields).

 

2. Sensores y actuadores

2.1 Actuadores: motor de corriente continua, servomotores, LEDs, LCDs.

2.1.1 Conexión de Arduino con actuadores.

2.2. Sensores: potenciómetros, fuerza, temperatura.

2.2.1  Conexión de Arduino con sensores.

2.3 Las bibliotecas Arduino para el control de sensores y actuadores.

 

3. Protocolos de comunicación

3.1 Protocolo UART.

3.2 Protocolo SPI.

3.3 Protocolo I2C.

3.4 Protocolo Wi-Fi.

3.5 Ethernet.

3.6 Bluetooth.

 

4 Conexión de Arduino con software externo

4.1 Conexión de Arduino con Matlab

4.2 Conexión de Arduino con Simulink.

 

Actividades experimentales: adquirir datos de sensores, control de la velocidad y posición de los motores de corriente continua, control de la posición de los servomotores.

 

Bloque 2. biónica. Función motora y sensorial.

 

1. La señal muscular (EMG)

1.1 Origen de la señal muscular.

1.2. Registro y procesamiento de la actividad muscular.

1.2.1 Electromiografía (EMG).

1.2.2 Interfaces neuronales PNS.

 

2. Neuroprostèsics.

2.1 neuroprótesis motoras.

2.1.1 Sistema Nervioso Periférico.

2.1.2 Médula espinal.

2.2. Neuroprótesis sensoriales.

2.2.1 Prótesis de retina.

2.2.2 Prótesis cocleares.

2.2.3 Prótesis vestibulares.

2.2.4 optogenética.

 

Actividades experimentales: sinergias musculares a partir de la señal EMG. procesamiento de la señal de EMG y control de brazos protèstics. Procesamiento de la señal acumulativa de ENG.

Metodología y actividades formativas

Modalidad totalmente presencial en el aula



ACTIVIDAD FORMATIVA METODOLOGÍA COMPETENCIAS
El aprendizaje orientado a proyectos es un método basado en el aprendizaje experiencial y reflexivo en el que tienen una gran importancia el proceso investigador alrededor de un tema, con la finalidad de resolver problemas complejos a partir de soluciones abiertas o abordar temas difíciles que permitan la generación de conocimiento nuevo y desarrollo de nuevas habilidades por parte de los estudiantes. La clase magistral, será el escenario para: Aprender y utilizar la terminología y estructuras lingüísticas relacionadas con el ámbito científico. Practicar y desarrollar destrezas de comunicación oral y escrita. Y para aprender como analizar bibliografía y literatura sobre temas de Bioingeniería. Practicar pautas para identificar y entender las ideas principales en durante la clase magistral. Esta actividad formativa es una herramienta esencial en la formación desde su origen y debe tener una presencia muy importante en esta estructura de grado. Lectura de textos dirigidos con el objeto de acceder al pensamiento crítico, el cual cumple un papel fundamental en la formación de ciudadanos conscientes y responsables Actividad no presencial, en esta actividad el estudiante realiza una labor de sedimentación y reposo del conocimiento, necesario siempre antes realizar una tarea nueva. El planteamiento de ejercicios y problemas por parte del profesor, ayuda al alumno a avanzar en el proceso ingenieril del diseño, guiado por el profesor se van consiguiendo metas parciales que facilitan la integración del conocimiento teórico adquirido. Actividad no presencial, en esta actividad el estudiante realiza ejercicios de forma autónoma, sin la presencia del profesor. En esta fase aparecen siempre más dudas, pero al no tener la opción de preguntar inmediatamente se produce un esfuerzo adicional por parte del alumno. Las clases prácticas permiten al alumno interactuar en primera persona con las herramientas de trabajo, en pequeños grupos o de forma individual se realizan pequeñas demostraciones prácticas de los conocimientos teóricos adquiridos durante las clases teóricas. En las clases teóricas se debe establecer el saber fundamental y científico que asientan las bases del conocimiento y rigor que exige el estudio de la ingeniería La metodología docente basada en la reflexión, pueden proporcionar al alumno en un menor espacio de tiempo, conocimientos y habilidades útiles para abordar problemas de una forma eficaz El trabajo en grupo es una herramienta esencial en la sociedad actual. En el campo de la bioingeniería donde los procesos de diseño y productivos no los realiza una única persona es esencial aprender a trabajar de forma mancomunada. El trabajo individual, a través del estudio, la búsqueda de información, el procesamiento de datos y la interiorización de los conocimientos permiten al alumno consolidar su aprendizaje. CB1 CB2 CB3 CB4 CB5 CE1 CE10 CE12 CE13 CE15 CE16 CE17 CE21 CE3 CE5 CE7 CE8 CG1 CG10 CG2 CG3 CG4 CG5 CG6 CG7 CG8 CG9 CT1 CT2 CT3 CT4 CT5 CT6 CT7

Sistemas y criterios de evaluación

Modalidad totalmente presencial en el aula



  La calificación final de la asignatura se obtendrá como;

Nota=0,4·Nlab+0,6·Nproj

donde

Nlab : Nota prácticas laboratorio

Nproj : Nota proyecto final de la asignatura


No hay examen parcial. No hay examen final.

Para optar al apto es imprescindible realizar las prácticas de laboratorio de la asignatura.


Consideraciones importantes:

  1. Plagio, copiar o cualquier otra acción que se pueda considerar trampa supondrá un cero en ese apartado de evaluación. Realizarlo en los exámenes supondrá el suspenso inmediato de la asignatura.
  2. En segunda convocatoria no se podrá obtener la calificación de "Matrícula de Honor", por lo que la calificación máxima será de "Excelente". 
  3. No se aceptarán cambios en el calendario, fechas de exámenes o en el sistema de evaluación.
  4. Los estudiantes de intercambio (Erasmus y otros) o repetidores estarán sometidos a las mismas condiciones que el resto del alumnado.

Bibliografía y recursos

[1] Farina et al. Introduction to Neural Engineering for Motor Rehabilitation. IEEE Press Series on Biomedical Engineering Book.

[2] Tojeiro Calaza, Germán. 2014. Taller de Arduino: un enfoque práctico para principiantes. Barcelona, Marcombo.

[3] Wilcher, Don. 2012. Learn electronics with Arduino. New York, Apress.