Design, Control, and Perception of Bionic Legs and Exoskeletons

Bionic systems---wearable robots designed to replace, augment, or interact with the human body---have the potential to meaningfully impact quality of life; in particular, lower-limb prostheses and exoskeletons can help people walk faster, better, and safer. From a technical standpoint, there is a high barrier-to-entry to conduct research with bionic systems, limiting the quantity of research done; additionally, the constraints introduced by bionic systems often prohibit accurate measurement of the robot's output dynamics, limiting the quality of research done. From a scientific standpoint, we have begun to understand how people regulate lower-limb joint impedance (stiffness and damping), but not how they sense and perceive changes in joint impedance. To address these issues, I first present an open-source bionic leg prosthesis; I describe the design and testing process, and demonstrate patients meeting clinical ambulation goals in a rehabilitation hospital. Second, I develop tools to characterize open-loop impedance control systems and show how to achieve accurate impedance control without a torque feedback signal; additionally, I evaluate the efficiency of multiple bionic systems. Finally, I investigate how well people can perceive changes in the damping properties of a robot, similar to an exoskeleton. With this dissertation, I provide technical and scientific advances aimed at accelerating the field of bionics, with the ultimate goal of enabling meaningful impact with bionic systems.PHDMechanical EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/163108/1/afazocar_1.pd

Evaluation of the OpenBCI Neural Interface for Controlling a Quadrotor Simulation

This thesis presents an initial analysis on the use of electroencephalography and electromyography to control the thrust settings of a quadrotor. The OpenBCI neural interface is used to sample muscle activity on a subject's face. Signal processing and event detection algorithms are implemented to identify eyewinks, and these wink events modify the thrust commands in a high fidelity, nonlinear quadrotor simulation. Currently only right and left wink events are detected; these can be mapped to two quadrotor commands such as fly up and down, roll right and left, pitch up and down, or yaw right and left. The ultimate goal of this project is to create a low-cost brain-machine interface system to fully control a real quadrotor using only bioelectrical signals such as electroencephalography and electromyography. A successful demonstration of the OpenBCI system may result in brain-machine interfaces that can be used in the development of low-cost prosthetic arms and legs

Patagonia in photographic postcards: Salesian missionaries and construction of imaginary about Selk’nam, kaweskar, and yámana between 1880 and 1920

A finales del siglo XIX Argentina y Chile ocuparon el territorio patagónico buscando desplazar y/o someter a los pueblos originarios que lo habitaban. Ambos Estados depositaron en la misión salesiana las tareas de evangelizar y “civilizar” a los grupos dominados. El proceso contempló la construcción de una imagen del “otro”, del “salvaje”, utilizándose imágenes fotográficas impresas que circularon tanto dentro de los territorios nacionales como hacia Europa. Los misioneros salesianos, a finales del siglo XIX y principios del siglo XX, usaron fotografías como materia prima para tarjetas postales, las que fueronpuestas en circulación como un “artefacto” de difusión de la acción misionera en lugares “lejanos” y “exóticos”. Sus fotografías sobre selk`nam, kaweskar y yámanas son recreaciones de imágenes mentales, construidas en su país de origen, que recogen la vieja dicotomía del buen y el mal salvaje. Es un discurso que presenta algunos aspectos de la realidad social, económica, cultural, en que actúan los misioneros. Pero al mismo tiempo, también encubre, niega, entregando una mirada parcial, sesgada, de esa realidad. Las fotografías analizadas en este trabajo están construidas desde una perspectiva eurocéntrica y colonialista.At the end of the 19th century, Chile and Argentina occupied Patagonia with the goal of displacing or subjugating the indigenous peoples who lived there. Both countries commended the Salesian Mission with the task of evangelizing and “civilizing” these dominated groups, which entailed the construction of an image of “the other” or “the savage” by means of photographs which circulated in these two countries as well as in Europe. In the late 19th and early 20th centuries, the Salesian Missionaries made postcards with such images and used them as “artifacts” to publicize their missionary work in “remote” and “exotic” locales. Their photographs of the Selknam, Kaweskar and Yamana peoples recreate mental images from their countries of origin which reproduce the old good and bad savage dichotomy. This discourse reveals certain aspects of the missionaries’ social, economic and cultural reality and, at the same time, conceals, denies and provides a biased and partial view of that reality. The photographs analyzed in this paper are constructed from a Eurocentric and colonialist perspective

Amputee perception of prosthetic ankle stiffness during locomotion

Abstract Background Prosthetic feet are spring-like, and their stiffness critically affects the wearer’s stability, comfort, and energetic cost of walking. Despite the importance of stiffness in ambulation, the prescription process often entails testing a limited number of prostheses, which may result in patients receiving a foot with suboptimal mechanics. To understand the resolution with which prostheses should be individually optimized, we sought to characterize below-knee prosthesis users’ psychophysical sensitivity to prosthesis stiffness. Methods We used a novel variable-stiffness ankle prosthesis to measure the repeatability of user-selected preferred stiffness, and implemented a psychophysical experiment to characterize the just noticeable difference of stiffness during locomotion. Results All eight subjects with below-knee amputation exhibited high repeatability in selecting their Preferred Stiffness (mean coefficient of variation: 14.2 ± 1.7%) and were able to correctly identify a 7.7 ± 1.3% change in ankle stiffness (with 75% accuracy). Conclusions This high sensitivity suggests prosthetic foot stiffness should be tuned with a high degree of precision on an individual basis. These results also highlight the need for a pairing of new robotic prescription tools and mechanical characterizations of prosthetic feet.https://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/146187/1/12984_2018_Article_432.pd

La Patagonia en postales fotográficas: Misioneros salesianos y construcción de imaginarios sobre selk`nam, kaweskar y yámanas entre 1880 y 1920

A finales del siglo XIX Argentina y Chile ocuparon el territorio patagónico buscando desplazar y/o someter a los pueblos originarios que lo habitaban. Ambos Estados depositaron en la misión salesiana las tareas de evangelizar y “civilizar” a los grupos dominados. El proceso contempló la construcción de una imagen del “otro”, del “salvaje”, utilizándose imágenes fotográficas impresas que circularon tanto dentro de los territorios nacionales como hacia Europa. Los misioneros salesianos, a finales del siglo XIX y principios del siglo XX, usaron fotografías como materia prima para tarjetas postales, las que fueronpuestas en circulación como un “artefacto” de difusión de la acción misionera en lugares “lejanos” y “exóticos”. Sus fotografías sobre selk`nam, kaweskar y yámanas son recreaciones de imágenes mentales, construidas en su país de origen, que recogen la vieja dicotomía del buen y el mal salvaje. Es un discurso que presenta algunos aspectos de la realidad social, económica, cultural, en que actúan los misioneros. Pero al mismo tiempo, también encubre, niega, entregando una mirada parcial, sesgada, de esa realidad. Las fotografías analizadas en este trabajo están construidas desde una perspectiva eurocéntrica y colonialista.</p

Prevalencia y concentración de Porphyromonas gingivalis en fluido crevicular y saliva de pacientes diabéticos

30 p.El estado periodontal de un paciente puede verse afectado por factores como la microbiota supra y subgingival, factores ambientales y las respuestas inmunes e inflamatorias del huésped. Pudiendo pasar de un estado de salud periodontal a un estado de enfermedad periodontal. Dentro de los factores ambientales que influyen en el desarrollo de la enfermedad periodontal podemos encontrar la Diabetes Mellitus, la cual forma parte de las enfermedades crónicas más comunes en la población, teniendo ésta una relación bidireccional con la enfermedad periodontal, pudiendo ayudar a su progresión. Cuando nos referimos a los factores microbianos, cobra importancia la formación del biofilm subgingival, dentro del cual destaca la Porphyromonas gingivalis (P. gingivalis), la cual se presenta en alta frecuencia en pacientes con enfermedad periodontal, provocando un aumento en la inflamación y destrucción del epitelio y tejido conectivo. Este estudio tiene por objetivo establecer si existen diferencias en la prevalencia y concentración de P. gingivalis presente en los pacientes diabéticos compensados y no compensados en base a los índices periodontales, usuarios del Centro de Salud Familiar (CESFAM) Villa Magisterio de Talca. Esto mediante la toma de muestras de fluido crevicular, de surco o saco periodontal, y saliva, con el fin de determinar una relación entre P. gingivalis y el control glicémico. Sobre la P. gingivalis existe una alta prevalencia y diferencias de concentración en pacientes diabéticos compensados y no compensados, no significativas. Palabras clave: Enfermedad periodontal, Porphyromonas gingivalis, Diabetes mellitus tipo II, Hemoglobina glicosilad

Estudio del empleo de nanoadiciones en la mejora de la durabilidad de cementos para obras portuarias

El presente trabajo fin de máster tiene como objetivo el estudio e investigación experimental del comportamiento a edades tempranas del cemento tipo III (mayormente usado para obras portuarias), frente a ambiente marino. Un ejemplo de aplicación de este tipo de cemento, son los cajones portuarios, este tipo de estructuras marítimas deben ser fabricadas con un hormigón adecuado para poder combatir los cloruros que pueden afectar a la estructura. Con este fin se ha estudiado por medio de ensayos de laboratorio el coeficiente de difusión de cloruros a 2, 3 y 28 días, (teniendo en cuenta que a los 28 días el hormigón llegara a su durabilidad nominal) orientado a estimar la vida útil de cada caso, conociendo las diferencias que pudieran obtenerse al sumergir el hormigón a edades tempranas. Para alcanzar lo previsto se prepararon varios morteros que se diferenciaban entre ellos, únicamente por el tipo de adición y la cantidad de superplastificante que demandaba cada muestra. Uno de los estudios a realizar en el laboratorio es el ensayo de resistividad eléctrica que consiste en utilizar probetas prismáticas, que para nuestro caso estarán compuestas por nanosílice, metacaolín o la combinación de ambas adiciones, las cuales se les medirá su resistividad a edades comprendidas entre 2,3.7 y 28 días. A su vez, se tienen que someter a ensayos de resistencia a flexión y de resistencia a compresión, del mismo modo se les medirá su porosidad por medio del ensayo de porosimetría de intrusión de mercurio (PIM). La finalidad que tienen estos ensayos es comprobar que probetas tendrán las mejores propiedades mecánicas y una microestructura capaz de soportar el ataque de los cloruros. Para la valoración de los cloruros se van a utilizar probetas cilíndricas que serán sumergidas a los 2,3 y 28 días de estar en la cámara de curado. La muestra a los 28 días, es la que no tiene adiciones y la que se va a comparar con las otras probetas ensayadas a edades tempranas que si tienen adiciones. Pasado el tiempo en que deben estar sumergidas las probetas cilíndricas se sacarán para comprobar el porcentaje de cloruros libres y totales que contiene cada una de las muestras extraídas de las probetas cilíndricas. Ya con estos datos se podrá conocer el coeficiente de difusión, el cual nos ayudará a determinar la vida útil de cada una de las muestras definidas, empleado lo establecido en la norma EHE-08[10], conforme lo mencionado en el anejo 9