Engenharia Mecânica

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Dispositivo de efeito giroscópico para a supressão de tremores patológicos:
(2024) Passos, Andrew de Almeida; Lima, Guilherme Fella de; Oliveira, Igor de Castro; Ferreira, Renan de Souza; Cabeça, Vinicius Beleti
De acordo com o censo realizado em 2022 pelo IBGE (Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística), a população idosa brasileira cresceu 57,4% em 12 anos, indicando que o Brasil está seguindo uma das mais importantes megatendências mundiais, o envelhecimento populacional. Com a inversão da pirâmide etária, os problemas de saúde causados pela idade avançada, como os tremores, aumentam. O tremor pode ser descrito como um transtorno do movimento que causa oscilações ritmadas sincronizadas ou alternadas, que, dependendo do caso, pode acometer diversas articulações do corpo humano. As doenças associadas aos tremores patológicos acometem diversas faixas etárias, porém, afetam majoritariamente a população com idade superior a 60 anos. Dependendo da frequência e amplitude do tremor, mesmo as atividades de vida diária (AVD’s) de complexidade baixa se tornam difíceis de serem realizadas autonomamente. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma órtese projetada para atenuar tremores de Parkinson, Holmes e Essencial de forma não invasiva, utilizando um giroscópio de alta velocidade, visando melhorar a qualidade de vida dos usuários. Seus componentes incluem uma órtese adaptável, um giroscópio de alta precisão acoplado na região dorsal da mão, uma base com um grau de liberdade que permite a atenuação do tremor composto, um motor elétrico de alta rotação e baterias. Este dispositivo visa a supressão dos tremores através da conservação do momento angular do giroscópio. Para atingir o objetivo, estudos foram realizados sobre a biomecânica dos tremores patológicos, analisando frequências e amplitudes de movimentos involuntários, bem como os graus de liberdade em que o tremor se manifesta. Para a realização dos testes, foi desenvolvido uma bancada com o objetivo de simular os tremores patológicos e validar o dispositivo, os resultados indicaram supressões de 45% no eixo Y e 72% no eixo Z a 12.000 rpm, e de 43% no eixo Y e 77% no eixo Z a 8.000 rpm, enquanto o eixo X apresentou aumento nos tremores, com 77% a 12.000 rpm e 49% a 8.000 rpm. A rotação de 8.000 rpm foi a mais eficaz, reduzindo o impacto no eixo X. As simulações matemáticas também foram satisfatórias, apontando supressão significativa de tremores a partir de 3 Hz, com média de 78% de redução a 5 Hz. Este sistema pode impactar positivamente a qualidade de vida da população acometida por tremores patológicos, aumentando sua autonomia e possibilitando a redução de medicamentos para o controle farmacológico.
Desenvolvimento de uma órtese dinâmica ativa para joelho
(2024-12-17) Besteiro, Alexandre Carpim; Lisboa, André Dias Scomparini; Schoba, Arthur Matheus Yamamoto; Mesquita, Gabriel Chadi; Leal, Gabriel Matos Lara; Gaziola, Giovanni Fonseca; Ramos, Rafael Alves Corrêa; Cecchi, Vinicius Alves Magro
O princípio da Engenharia é a aplicação de conhecimentos teóricos e práticos para a construção e melhoria de processos, materiais e dispositivos para o desenvolvimento da vida humana. Na Engenharia Biomédica, esse foco é voltado para a melhoria direta no cotidiano das pessoas, ajudando-as com prevenção, diagnóstico e tratamento de doenças. Nesse contexto, a mobilidade é uma área que necessita constantemente de soluções efetivas, viáveis e inovadoras. Dentro deste tema, se encontram as órteses dinâmicas ativas para a articulação do joelho no auxílio da marcha. Contudo, tanto os protótipos comerciais quanto aqueles encontrados na literatura apresentam, problemas de funcionalidade, são muito robustos e enfrentam rejeições por parte dos usuários. O presente trabalho tem por objetivo aproveitar essa lacuna, apresentando uma solução viável para uso cotidiano, de forma segura, resgatando a naturalidade da marcha com melhor estética e conforto. O projeto da geometria final e a escolha do PLA (Poliácido Láctico) como material de confecção, foram validados a partir de análise estrutural das forças e deformações utilizando o software Ansys. A impressão 3D como método de fabricação da órtese confere agilidade, personalização e baixo custo. Outro diferencial é a implementação do controle por impedância, permitindo uma interação mais dinâmica com o ambiente externo, promovendo uma marcha mais natural e humanizada, ao contrário de métodos tradicionais de controle. Para tanto foram utilizados uma unidade inercial de movimento (IMU), um microcontrolador ESP32 e um motor DC de 12V modelo 5840-31ZY, com uma redução de rotação que gera torque suficiente para auxiliar o movimento, juntamente com um driver (ponte H) e uma bateria de 12V e 6,6 Ah para alimentar o sistema. Foram utilizados métodos como cálculo por medidas antropométricas, método do pêndulo passivo e teorema do momento angular, entre outros para determinar os parâmetros da Lei de Controle, como rigidez, amortecimento e momento de inércia relacionados ao movimento do joelho. Uma equação de controle própria para uma órtese dinâmica ativa para joelho foi proposta, e o valor de torque obtido comprova a eficácia do modelo para o auxílio na marcha do usuário.
Órtese ativa para correção de assimetria na marcha de pacientes afetados pela síndrome do pé caído:
(2024-12-17) Silva, Camila França; Risi, Filipe Baratella; Ono, Julia Malta; Vasques, Marcela Francisco Albuquerque; Lima, Yuri Aleixo de Lima; Moreira, Yuri Galvão
A síndrome do pé caído, um distúrbio que dificulta ou impede a execução do movimento de dorsiflexão do tornozelo, resulta em dificuldade para levantar a parte da frente do pé durante a marcha, prejudicando a caminhada e aumentando o risco de quedas. O uso de órteses tornozelo-pé (\textit{Ankle Foot Orthosis - AFO}) visa oferecer suporte, alinhamento e evitar a hiperextensão excessiva, mantendo o pé em uma posição mais funcional para auxiliar a dinâmica da marcha. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma órtese ativa tornozelo-pé, baseada em um sistema eletromecânico, com o objetivo de corrigir a marcha assimétrica causada pela síndrome do pé caído e se aproximar ao máximo da marcha de uma pessoa saudável. Durante a marcha, um sensor de pressão plantar detecta o início da fase de balanço, acionando um atuador elétrico que, por meio de um controlador PID, fornece o torque necessário para realizar o movimento de dorsiflexão de forma precisa e adaptada ao ritmo de caminhada. O atuador está acoplado a um came de perfil único, responsável por transformar o movimento rotacional motor em um movimento linear, elevando o pé do usuário. Esse sistema permite que a órtese detecte o momento ideal para aplicar um esforço assistivo, tanto para a dorsiflexão quanto para a flexão plantar, equalizando a marcha do indivíduo com pé caído à de uma pessoa saudável.
Belteen:
(2024-12-15) Colevati, Aline Stelly; Santana, André Luiz Prazeres; Rolemberg, Caio Beltrão Moraes; Pereira, Gabriela Galindo; Bloise, Giovanni Alencar; Souza, Higor Oliveira de; Leão, João Pedro Agresta e Silva; Lobo, Lucas de Oliveira
A segurança no trânsito para o transporte de crianças em veículos depende do uso correto de sistemas de retenção infantil (SRI). Esse dispositivo é essencial para prevenir lesões graves, como traumatismos na coluna cervical, que ocorrem devido à aceleração da cabeça deste passageiro durante as colisões. Os sistemas de retenção infantil são projetados para distribuir as forças de impacto, visando proteger a integridade do corpo da criança. As crianças de 1 a 4 anos são particularmente vulneráveis a esses tipos de lesões em um acidente automobilístico porque sua musculatura e estrutura óssea ainda estão em desenvolvimento, o que aumenta o risco de lesões na cabeça e no pescoço durante impactos bruscos. A utilização de sistemas de retenção para crianças (SRI) voltados para trás é frequentemente sugerido por associações de medicina, como a American Academy of Pediatrics (AAP), devido à maior proteção contra danos no pescoço e na coluna cervical em colisões frontais. Este posicionamento do dispositivo de retenção infantil deve ser mantido até que a criança alcance os limites de peso ou altura estabelecidos por leis. Contudo, crianças de 1 a 4 anos muitas vezes ultrapassam esses limites, sendo obrigadas a mudar para assentos voltados para a frente, o que eleva os perigos nesse período crucial de desenvolvimento. Por outro lado, crianças de 4 a 7 anos são menos suscetíveis devido à sua estrutura corporal mais sólida e resistente. O foco principal de nosso estudo é a segurança no transporte de crianças de 1 a 4 anos, devido à vulnerabilidade cervical e ao tamanho reduzido. Para isso, foi projetado um modelo de melhoria da cadeirinha infantil que, nas simulações realizadas no software PAMCRASH, demonstrou uma redução de 42% na força de tração Fz aplicada a coluna cervical da criança durante a colisão. Esse novo modelo de SRI apresentou uma redução de cerca de 750 newtons em comparação ao SRI original.
Estudo e desenvolvimento de atomizador a gás vaseado no modelo hermiga 75/5 VI (EAC)
(2024-08-18) Silva, Ana Beatriz de Oliveira; Gonçalves, Ana Júlia Morare; Bustamante, Lucas; Moraes, Nicolas Santos de
À medida que a consciência ecológica cresce no mundo industrial, as empresas estão cada vez mais engajadas em adotar soluções que reduzam seu impacto ambiental. Uma alternativa que vem ganhando relevância no cenário atual é a manufatura aditiva (MA) de materiais, também conhecida como impressão 3D. O método consiste na produção de objetos através da deposição de matéria-prima em camadas sucessivas, o que garante a redução no desperdício de materiais e aumento das flexibilidades de produção e prototipagem. Mundialmente, o Brasil representa apenas 2% do mercado mundial de manufatura aditiva. A importação de materiais metálicos não ferrosos utilizados neste processo, por exemplo, conta com altos valores de impostos, o que encarece a produção nacional de peças produzidas com MA de materiais metálicos, tornando-os menos competitivos. Tendo em vista as aplicações do pó metálico no processo de impressão 3D, o alumínio possui uma contribuição notória, sendo um metal versátil com uma boa combinação de leveza e resistência à corrosão. O que o torna ainda mais atrativo é seu ciclo de vida sustentável, tendo uma alta taxa de reciclagem. Segundo estudos realizados pela empresa de consultoria CRU Group (Inglaterra), até o ano de 2030 a demanda por alumínio deve crescer 40%. Por ser considerado um relevante aliado do meio ambiente, tal material está constantemente presente no cotidiano da sociedade, seja por meio de embalagens, produtos elétricos e automotivos. Com base nisso, o projeto AtomA tem como objetivo desenvolver um atomizador a gás para a produção de pó metálico de alumínio. As melhorias propostas consistem no desenvolvimento de um bocal atomizador, um componente crucial para esse processo, e no estudo da viabilidade de construir um equipamento com uma peneira acoplada. Atualmente, o pó metálico passa por um processo de peneiramento posterior à atomização, considerando que para a aplicação em impressões 3D são utilizados grãos de pó metálico com um tamanho entre 20 e 75 micrômetros. A ideia é mitigar a necessidade dessa operação sem prejudicar o processo atual. Para atingir esse objetivo, foram realizadas uma série de simulações térmicas, dinâmicas e estruturais a fim de validar se as mudanças propostas são viáveis para o processo.
Smart driving:
(2024-06-20) Silva, Bruno José Abad Miranda; Vollet, Bruno Liotti; Ferreira, Daniel Rampazzo Bragança; Okada, Gustavo; Zanetti, Heitor Cavalhieri; Ciampone, Pedro de Souza; Massad, Pedro; Gatt, Vitor Assarito; Navarro, Ygor Dalmazo
Quando se pensa em utilização dos recursos naturais, certamente uma das primeiras coisas que vem a mente é a utilização de combustiveis fósseis, visto que os combustiveis são a maior fonte de energia para o transporte de pessoas. No Brasil, um total de 16,1 bilhões de viagens por ano são realizadas por ônibus, sendo esse o transporte coletivo mais utilizado no país, tendo uma frota nacional de 117 mil veículos consumindo uma média mensal de 4000 litros por veículo, isso resulta em um gasto mensal de 2 bilhões de reais. Tendo isso em vista, uma pequena economia de combustível poderia resultar em um grande impacto econômico e ambiental. Segundo Melman (2021), 74,9% da variação do consumo de combustível é definida por três variáveis, perfil da pista, modelo do veículo e modo de condução. Sendo o perfil da pista e o modelo do veículo variáveis não possíveis de manipular, foi escolhido como objeto de estudo o modo de condução, que corresponde a 21,8% da composição do consumo e pode ser definido por parâmetros como rotação do motor, posição do pedal do acelerador, velocidade e aceleração. Pensando na variabilidade e na má condução dos motoristas de ônibus, foi criado o projeto Smart Driving, visando reduzir o impacto do condutor no consumo de combustível através da manipulação do sinal do pedal. Com isso, foi desenvolvido um sistema que pode ser implementado em diferentes ônibus por ser compacto e de fácil instalação. Para o sistema em questão, foi feita simulação integrada pelo Simulink com TruckSim, que considerando a dinâmica do veículo e determinadas condições, pode ser avaliada a influência que o sistema teria no consumo de combustível, mostrando que pode chegar a uma redução de 5,1% pelos parâmetros do teste. Além disso, ainda é apresentado um projeto corretivo para a embreagem utilizada, visto que o sistema pode impactar na sua vida útil. Esse redimensionamento foi realizado buscando o mínimo de alteração no powertrain do ônibus para que assim possa ser facilmente inserido em diferentes modelos.
Desenvolvimento estrutural do para-choque traseiro de carretas para maximização da segurança
(2024-06-24) Lukin, Axel Baher; Ribeiro, Bruna Maria Barbosa; Leal, Davi Henriques; Feitosa, Fernando; Espada, Guilherme Ivo da Fonseca; Longhini, Lucas; Vacco, Talita Martins
De acordo com a Confederação Nacional do Transporte (CNT), há uma média de 21.000 acidentes com caminhão por ano no Brasil, dos quais o tipo mais comum é a colisão traseira. A porcentagem de vítimas feridas ou fatais nestes acidentes é de 80%, o que se deve aos efeitos cunha e guilhotina. Ambos possuem altas taxas de mortalidade e se devem ao funcionamento inadequado dos para-choques traseiros, tornando clara necessidade de melhoria da efetividade e confiabilidade destes equipamentos. Nesse sentido, a SafeBumpers propõe o desenvolvimento estrutural do para-choque traseiro de carretas para maximizar da segurança. Tal desenvolvimento engloba alterações tanto de geometria quanto de materiais a fim de reduzir sua deformação e aumentar a resistência ao impacto mitigando o risco de intrusão do veículo durante a colisão traseira. Para alcançar tal objetivo, foram realizadas parcerias com a Scania e a JSL, as quais forneceram dados reais dos para-choques e carretas para viabilizar o desenvolvimento adequado da estrutura. Também foi realizado o levantamento das normas aplicáveis, o estudo de aços nobres no software Granta Edupack, as análises estáticas não lineares no software Abaqus e as análises dinâmicas no software LS-Dyna. Com isso, foi desenvolvido um para-choque com reforços laterais e transversais utilizando aços nobres, incluindo aços TRIP (Transformação Plástica Induzida) e de ultra alta resistência (UHSS), além do aço baixo carbono. Como resultado da análise estática, a SafeBumbers apresentou, nos pontos mais críticos, uma redução de deformação de 37,5% e um aumento de resistência ao impacto, evidenciado pelo aumento médio da máxima tensão suportada em cerca de 120%, o que permite uma velocidade máxima suportada de 75% a 128% maior no choque dependendo do ponto de colisão. Já nas análises dinâmicas, além de apresentar menor deformação, a SafeBumbers impediu que o veículo colidente adentrasse à carroceria da carreta nas condições de colisão mais críticas, ao contrário do para-choque convencional que permitiu a intrusão. Também evitou danos na região do para-brisa e das colunas do veículo, o que indica melhor dissipação de energia e mitigação dos efeitos cunha e guilhotina. Logo, o projeto mostrou-se eficiente para o aumento da segurança, embora seu custo seja mais elevado. Em termos de próximos passos, são necessários refinamentos nas análises dinâmicas para uma melhor compreensão do impacto nos passageiros, otimizações para redução de peso e custo da estrutura e a elaboração de um protótipo funcional.
P.B.S.:
(2024-06-05) Silva, Jonathan Rosa Pereira da; Zanatta, Leonardo Mattosinho; Souza, Levi Cardoso de; Machado, Lucas Gabriel Vieira; Valadares, Lucca Romero; Bianchim, Luiz Felipe Sousa; Santos, Marcelo Pereira dos
Os carros são o principal tipo de veículo de transporte no Brasil, tendo a quantidade emplacamentos cada vez maiores a cada ano. Atualmente, existe um grande plano mundial para que os veículos cada vez se tornem mais autônomos e mais seguros. O principal sistema que garante essa segurança é o sistema de freios, apesar de ser um dos focos das montadoras garantir que esse sistema funcione perfeitamente, ainda existe alguns fatores incontroláveis que geram acidentes, principalmente a falha de garantir a distância segura e a distração do motorista. Em vista isso, as montadoras começaram a investir em tecnologia autônomas que evitam a falha humana, como o controle de cruzeiro e o sistema de frenagem autônoma. Mas apesar desses sistemas ajudaram bastante na redução de acidentes se tornando em muitos países e futuramente até no Brasil, tecnologias obrigatórias, não são perfeitos. E começa a ser verificado falhas mecânicas não detectadas por esse sistema, como empenamento, temperatura, pastilha desgastada e além de outros fatores externos que não mensurados como pavimento e chuva. Mas analisando o mercado é visto uma oportunidade de avaliar projetos para melhoria do sistema de frenagem autônoma, visto que será obrigatório nos próximos anos, e apenas funciona em metade dos casos. Assim analisando alguns comportamentos do sistema em softwares de cálculo matemático, visualizou-se que um dos fatores que mais altera a distância segura de frenagem é a temperatura entre o disco de freio e a pastilha, mudando consideravelmente o atrito da frenagem. Assim foi desenvolvido por meio de cálculos e diagramas de blocos, algumas soluções para o monitoramento do atrito da pastilha-disco e atuação do sistema com essa leitura. Com o método desenvolvido, foi possível criar o projeto P.B.S visando por meio de cálculos complexos e realimentação de estados, prever a distância segura que os veículos irão frear e assim mudar a distância de frenagem para uma maior ainda.
Estudo do comportamento estrutural de carrocerias de ônibus em situações de tombamento
(2024-05-27) Guarnieri, Gusthavo; Silva, Henrique de Oliveira; Zoghaib, José Victor Strogenski; Rosário, Lucas do; Santos, Lucas Lacanna dos; Barros, Luiz Guilherme de Nardi Siqueira; Tokunaga, Nicolas; Santos, Tiago Fonseca Gomes dos; Gutierrez, Vinicius Rodrigues
Atualmente, a malha de transporte rodoviário representa 58% da frota brasileira, o que corresponde a aproximadamente 47 milhões de veículos, dentre eles, automóveis, veículos comerciais leves, caminhões e ônibus. Tombamentos envolvendo ônibus rodoviários possuem cerca de 11% de chance de gerar vítimas graves e fatais, com uma média de 7 mortes mensais no Brasil. Isso ocorre devido às grandes deformações que as estruturas dos veículos sofrem, o que acaba invadindo a área de sobrevivência e tirando muitas vidas. Esse projeto tem como proposta estudar e propor uma solução de uma carroceria com utilização de materiais tecnológicos para ônibus rodoviários, visando reconstruir a lógica de deformação das colunas estruturais, por meio da dissipação da energia de impacto. A solução foi fundada a partir de ferramentas de engenharia, tais como FAST, Diagrama de fronteiras, Análise de valor, entre outras, que serviram para dar uma visão mais ampla das particularidades necessárias para o funcionamento do projeto.
Projeto family guard:
(2024-05-26) Dias, Douglas dos Santos; Silva, Hemanoelly Kézia; Nogueira, Igor de Souza; Bertanha, Leonardo Honorato; Perrotta, Leonardo Rodrigues; Claudio, Lucas Dias; Oliveira, Lucas Salvador Pereira e; Cruz, Robson Nascimento; Gariba, Victor João
A frota de veículos brasileira caminha para uma tendência mais versátil em termos de quantidade de passageiros em um veículo. Carros de sete lugares estão cada vez mais comuns no país. A segurança dos ocupantes da terceira fileira de assentos nesses tipos de veículos deve ser rigorosamente considerada. Estatísticas mostram que mortes e ferimentos oriundos de colisões traseiras têm uma parcela considerável no total de casualidades de trânsito no país. Quando esse tipo de acidente envolve um veículo de sete lugares, esse risco aumenta devido à falta de espaço disponível para a intrusão da carroceria oriunda da alta energia de impacto envolvida. Desta forma, o projeto Family Guard desenvolve uma solução que reduz essa intrusão da carroceria em colisões traseiras através da alteração do material que compõe a porção traseira da estrutura veicular, além da adição de uma placa atenuadora de impacto para absorver mais energia. Através de simulações realizadas no LS Dyna com desenhos em CAD desenvolvidos pelos autores, a intrusão reduziu cerca de 40% em baixas velocidades (35 a 38 km/h) e 16% em altas velocidades (80 km/h). Sendo assim, entende-se que a solução desenvolvida contribui para a redução da intrusão em casos de colisão traseira.

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