PLATAFORMA MÓVEL PARA ESTIMULAÇÃO FÍSICA E REABILITAÇÃO

CAMPO DA INVENÇÃO

A presente invenção enquadra-se na área dos sistemas de jogos sérios para estimulação física e reabilitação .

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

O exercício físico é uma componente fundamental para a reabilitação de problemas motores, a prevenção de comportamentos sedentários, e o bem-estar geral. No entanto, em particular em pessoas de maior idade ou com limitações motoras (como é tipicamente o contexto da reabilitação), a motivação para fazer exercício físico de forma autónoma é baixa. Para pessoas institucionalizadas em lares, são os terapeutas ocupacionais que preparam e executam as sessões de exercício adequadas à população alvo. Para pessoas em clínicas de reabilitação, são os terapeutas que prescrevem e acompanham exercícios de reabilitação. Em ginásios seniores são os treinadores de aulas em grupo ou pessoais que planeiam e monitorizam os exercícios. Em contexto doméstico, muitas vezes são familiares, enfermeiros ou assistentes de apoio ao domicílio que tentam promover a atividade física. Todos estes familiares e profissionais deparam-se com a missão difícil de preparar sessões de exercício suficientemente motivadoras e divertidas para incentivar os pacientes a exercitar e manter-se envolvidos no programa de exercício, que muitas vezes consistem em movimentos repetitivos e por vezes dolorosos.

É sabido que a promoção de exercício físico através de jogos de computador tem uma componente motivadora alta e um potencial elevado de manter as pessoas interessadas e empenhadas durante longos períodos. No entanto, muitas das soluções existentes apresentam baixa possibilidade de configuração e adaptação a diferentes tipos de jogos e limitações físicas dos jogadores. Por um lado, o controlo do jogo é efetuado a partir de um conjunto fixo de movimentos do jogador, pelo que, caso o jogador tenha limitações motoras particulares, poderá não conseguir jogar esse jogo. Por outro lado, as projeções do jogo são efetuadas através de monitores de vídeo ou sistemas de projeção fixos que não permitem a fácil reconfiguração do espaço, o transporte dos sistemas para outros locais, e a possibilidade de variados tipos de interação proporcionados por projeções em diferentes superfícies.

Concretamente, exemplos de soluções já conhecidas são os sistemas de jogo sério 'Lumoplay' ou 'MINDMAZE'. 0 primeiro, apresenta uma solução de projeção de jogos interativos com sensores sem contacto, mas é de instalação fixa e, portanto, de mais difícil transporte. Relativamente ao 'MINDMAZE', trata-se de um produto de realidade virtual para reabilitação, mas não apresenta um mecanismo de projeção ambiente, o que limita a gama de exercícios a executar (apenas para membros superiores). Também no campo de sistemas de reabilitação com realidade virtual, os sistemas 'EODYNE' e 'GESTURE TEK HEALTH' são também de domínio público, mas não dispõem de mecanismos de projeção no ambiente ou são de projeção fixa, e necessitam de mangas ou luvas para o controlo do exercício, o que os torna mais complexos de preparar e utilizar.

Adicionalmente, o pedido de patente CN204293837 divulga um sistema de jogos para exercício com projeções, no entanto, o seu controlo requer um contacto físico por parte do utilizador (doravante designado por jogador), através de pedais, volantes ou manípulos. Para além disso, o sistema não é facilmente transportável nem considera projeções em superfícies naturais (tais como chão ou parede), requerendo uma superfície de projeção própria.

SUMARIO DA INVENÇÃO

A presente invenção consiste numa plataforma móvel de jogos físicos com possibilidades de configuração inovadoras face ao estado da arte. Pretende proporcionar aos profissionais de cuidados de saúde e aos familiares de pessoas de idade avançada e/ou com necessidades especiais de estimulação física, uma ferramenta facilitadora da preparação e execução de sessões de exercício físico.

As principais características inovadoras da presente invenção são: i. Mobilidade: uma plataforma móvel de jogo integra uma unidade de processamento, um sensor de movimento, e um projetor, que se encontram instalados de forma compacta numa base com rodas (9) que se pode transportar e acomodar de forma fácil em qualquer espaço interior. ii. Flexibilidade: a plataforma móvel contém elementos mecânicos que permitem configurar a direção de projeção de jogos quer no chão, quer na parede, de acordo com o espaço disponível e o jogo a efetuar. iii. Aparência: a plataforma móvel é desenhada para ter uma aparência amistosa/empática. É proposto um desenho reminiscente de um animal pacífico, que não possa ser associado a animais de estimação ou selvagens, para reduzir a probabilidade gerar reações e emoções negativas.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS A Figura 1 apresenta o diagrama de blocos geral da invenção com todos os elementos constituintes da plataforma e os intervenientes na utilização do sistema. Os sinais de referência numéricos representam:

1 - plataforma móvel;

2 - unidade sensorial;

3 - jogador;

4 - unidade de processamento;

5 - unidade de projeção;

6 - superfície de projeção;

7 - junta rotativa;

8 - braço articulado;

9 - base móvel;

10 - forma e aparência empática;

11 - operador.

A Figura 2 apresenta as vistas em perspetiva da implementação proposta para a plataforma móvel (1), em ambas as configurações de projeção, isto é, com projeção no chão ou na parede. Os sinais de referência numéricos representam:

2 - unidade sensorial;

4 - unidade de processamento;

5 - unidade de projeção;

7 - junta rotativa;

8 - braço articulado;

9 - base móvel.

A Figura 3 apresenta a vista em perfil seccionado da implementação proposta para a plataforma móvel (1), no modo de projeção no chão. Os sinais numéricos de referência representam:

2 - unidade sensorial;

4 - unidade de processamento;

5 - unidade de projeção; 7 - junta rotativa;

8 - braço articulado;

9 - base móvel.

A Figura 4 apresenta a vista em perfil da implementação proposta para a plataforma móvel (1) no modo de projeção na parede. Os sinais numéricos de referência representam:

2 - unidade sensorial;

4 - unidade de processamento;

5 - unidade de projeção;

7 - junta rotativa;

8 - braço articulado;

9 - base móvel.

A Figura 5 apresenta o modo de interação da plataforma móvel (1) em projeção no chão, ilustrando a disposição relativa entre a plataforma (1), a superfície de projeção (6) e o jogador (3). 0 sinal numérico de referência (12) representa a direção de projeção, e o sinal numérico de referência (13) representa a direção de observação do jogador (3).

A Figura 6 apresenta o modo de interação da plataforma móvel (1) em projeção na parede, ilustrando a disposição relativa entre a plataforma (1), a superfície de projeção (6) e o jogador (3). 0 sinal numérico de referência (12) representa a direção de projeção, e o sinal numérico de referência (13) representa a direção de observação do jogador (3).

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

As configurações vantajosas mais gerais da presente invenção estão descritas no Sumário da invenção. Essas configurações são detalhadas de seguida, de acordo com outros modos vantajosos e/ou preferenciais de implementação da presente invenção. A presente invenção refere-se a uma plataforma móvel (1) que permite a execução de exercícios de estimulação física e reabilitação através de jogos realidade aumentada, de simples preparação e configuração, adaptável a vários espaços e condições de funcionamento.

0 exercício é efetuado pelo jogador através de movimentos do seu corpo e membros, sem necessidade de dispositivos físicos fixos ao corpo. Isto é proporcionado por uma unidade sensorial (2), que num modo de realização compreende sensores de postura do tipo eletro-ótico, de forma a medir a posição de variados pontos no corpo do jogador (3), tais como cabeça, base do pescoço, ombros, cotovelos, pulsos, anca, joelhos ou tornozelos.

Para tal, é necessário garantir que o jogador (3) se encontre numa gama de distâncias favorável e em condições de baixa oclusão e iluminação adequadas. Em termos práticos, e dependendo das especificidades técnicas da unidade sensorial (2), pretende-se que o jogador (3) se encontre a uma distância da plataforma (1) que poderá variar entre 1 metro e 5 metros. Para o efeito, a plataforma dispõe da base móvel (9) que permite o ajuste eficaz deste parâmetro. Em termos de oclusão, deverá garantir-se que existe linha de vista entre a unidade sensorial (2) e o jogador (3), em particular, que o jogador (3) seja a pessoa mais próxima da unidade sensorial (2), no seu campo de visão. Relativamente às condições de iluminação, estas também estarão dependentes das características da unidade de projeção (5), em particular no que concerne à sua potência de operação. No entanto, em condições ideais, a plataforma (1) deverá ser usada em espaços interiores, e onde a iluminação externa, no local do jogo, não seja superior a 200 lux.

Os movimentos do corpo do jogador definem movimentos chaves que servem para controlar os elementos do programa de computador - jogo - a ser executado na unidade de processamento (4) da plataforma (1). Os movimentos chaves derivam da postura do jogador e de gestos particulares que este execute, que são adquiridos pela unidade sensorial (2). Adicionalmente, estes movimentos chaves, poderão incluir a identificação de veículos, objetos manipuláveis, formas gráficas, de forma complementar à aferição da postura do jogador (3).

0 jogo está adaptado para guiar o jogador (3) a cumprir os objetivos do programa prescrito de estimulação física ou reabilitação. Diversos modos de jogo possibilitam ao jogador (3) a execução dos movimentos na posição em pé ou sentado e usando tipos de movimentos diferentes, adaptando- se a diversas condições física do jogador (3). 0 jogo é um programa de computador que é executado na unidade de processamento (4) da plataforma móvel (1), e que faz interagir todos os seus elementos constituintes.

A componente de realidade aumentada efetua a projeção dos elementos do jogo em uma superfície natural lisa pré-existente, como por exemplo o chão ou uma parede, isto é, sem a necessidade de recorrer a uma superfície de projeção específica e, com isso, proporcionando ao jogador (3) uma maior imersão, sensação de realismo e perceção espacial, favorecendo quer os objetivos do exercício quer a motivação para a sua execução. Isto é conseguido através da unidade de projeção (5), que numa forma de realização particular inclui um projetor de curta-distância e alto- brilho. A característica de curta-distância permite que a plataforma móvel (1) possa ficar muito próximo da superfície de projeção, favorecendo a integração da plataforma móvel (1) numa forma compacta. Esta característica é especialmente importante no modo de projeção "chão", pois caso o projetor não fosse do tipo curta-distância, a plataforma (1) teria que ficar a uma distância maior da superfície de projeção (6), o que iria implicar que a plataforma (1) tivesse uma maior altura e que poderia prejudicar a sua portabilidade. Adicionalmente, a caracteristica de alto-brilho permite a utilização da plataforma móvel (1) em variadas condições de iluminação, de forma tolerante a texturas suaves que possam existir nas superfícies de projeção.

Preferencialmente, a plataforma móvel (1) da presente invenção considera dois modos de projeção: no chão ou na parede. No entanto, qualquer superfície natural lisa, horizontal ou vertical, poderá ser utilizada como superfície de projeção (6), desde que seja de uma área desobstruída. Isto permite a adaptação da plataforma móvel (1) a diversos tipos de espaços para o exercício. 0 modo de projeção no chão tem a vantagem de forçar a reservar de uma área desobstruída no chão para a projeção o que facilita a mobilidade do jogador (3). Para além disso, a projeção delimita o espaço onde o jogador (3) se movimenta, para garantir o funcionamento adequado da unidade sensorial (2). 0 modo de projeção de parede tem a vantagem de permitir o exercício em espaços mais limitados, mas requer um ajuste da distância da plataforma móvel (1) à parede para focar a projeção, e o ajuste da orientação da unidade sensorial (2).

A comutação do modo de projeção de chão para projeção de parede é efetuada pela operação de dois mecanismos. Um dos mecanismos altera a posição da unidade de projeção (5) da posição vertical para a posição horizontal, e pode ser implementado por um braço articulado (8). 0 outro mecanismo atua a unidade sensorial (2) para melhorar as condições de observação do corpo do jogador (3), e pode ser implementado por uma junta rotativa (7). Em termos concretos, melhorar as condições de observação do corpo do jogador (3) significa ajustar o campo de visão da unidade sensorial (2), de forma a incluir a posição do jogador (3). Na projeção de chão, o jogador (3) deverá ficar à frente da plataforma (1), enquanto que na projeção de parede o jogador (3) deverá ficar atrás da plataforma (1), logo a unidade sensorial (2) terá que rodar cerca de 180° para conseguir observar o jogador (3).

Todos os elementos são integrados numa plataforma móvel (1) compacta com rodas - base móvel (9) - para fácil deslocamento na preparação do espaço de exercício. Por construção, a distância da unidade de projeção (5) ao chão é fixa e calibrada de "fábrica" para boa focagem no modo de projeção de chão, cuja distância se mantém inalterável. No modo de projeção na parede, a distância da plataforma (1) à parede deve ser ajustada movendo a plataforma móvel (1).

Também é objeto desta invenção o desenho da plataforma numa forma e aparência empática (10) para interação com o jogador (3). Desta forma, promove-se uma ligação empática entre plataforma (1) e jogador (3) que aumenta o nivel de interação e o prazer do jogo.

A unidade de processamento (4) da plataforma (1) compreende requisitos computacionais adaptados a proporcionar interfaces de ligação à unidade sensorial (4) e à unidade de projeção (5), e capacidade de processamento, gráfica e de memória para executar programas de computador que simulam jogos sérios, e interfaces para um operador (11) poder interagir com a plataforma (1) - ligação à internet ou ligação sem fios para teclado e rato.

Para além da programação de jogos sérios, a unidade de processamento (4) compreende requisitos computacionais adaptados a executar programas de computador configurados para: i. Autenticação dos utilizadores - jogadores (3) através de palavra chave, impressão digital ou reconhecimento facial; ii. Definição de perfis de utilizadores - jogadores (3) - e diferenciação de grupos de acesso entre gestores (terapeutas) e jogadores (pacientes); iii. Aplicação de acesso remoto para permitir o controlo a partir de outros dispositivos com autenticação; iv. Aplicação de prescrição e agendamento dos exercícios que envia notificações ao utilizador - jogador (3). v. Criar uma tabela de associação entre pacientes - jogadores (3) - e terapeutas - operadores (11) -, que permite aos terapeutas ter acesso privilegiado aos perfis e agenda dos pacientes, mediante a sua autorização. vi. Gravação no perfil de cada utilizador - jogador (3) do histórico dos exercícios e configurações personalizadas .

Estes programas podem funcionar em modo local (executados integralmente na unidade de processamento (4)) ou em modo remoto, compreendendo a unidade de processamento (4) um módulo de conexão sem fios para conexão a um servidor externo que os executa. Em modo local, as aplicações correm inteiramente na unidade de processamento (4), a introdução de dados é efetuada a partir de um teclado ou de qualquer outro dispositivo com capacidade de processamento e adaptado a inserir dados que se encontre ligado à unidade de processamento (4), como por exemplo um smartphone. A visualização de dados é efetuada através da própria unidade de projeção (5) ou de um monitor externo. Em modo remoto as aplicações correm num servidor remoto, requerendo uma ligação à internet. A interação é feita através de um navegador de internet num computador ou dispositivo móvel externo.

Os jogos são controlados através de posturas e movimentos do jogador (3). Essas posturas e movimentos definem movimentos chaves, que são detetados por uma unidade sensorial (2), que mede a posição dos diferentes membros do corpo do jogador (3). Numa realização particular, a unidade sensorial compreende sensores do tipo eletro-ótico, como por exemplo uma câmara de profundidade ou uma câmara RGB. a unidade sensorial (2) liga-se à unidade de processamento (4) que, com o software adequado, permite aos jogos desenvolvidos para a plataforma (1) usar essas medidas para controlar os elementos do jogo. Os jogos são feitos de forma a estimular o movimento dos membros do jogador (3) relevantes para o objetivo do programa de exercícios ou reabilitação. Os jogos deverão permitir uma associação fácil entre os elementos do jogo a controlar e os movimentos do corpo correspondentes, de modo a que um terapeuta possa adaptar facilmente o jogo a um paciente (jogador (3)) com limitações físicas particulares. Idealmente, o jogo deverá poder ser jogado em pé ou sentando. 0 jogador (3) deverá estar colocado à frente da unidade sensorial (2) a uma distância adequada e com espaço desobstruído em todo o volume necessário para a sua movimentação. Num modo de realização, a unidade sensorial (2) deverá estar a gama de distâncias do jogador (3) entre lm e 5m, sendo possível haver outras pessoas no espaço do jogo (por exemplo um assistente ou o terapeuta) desde que estejam mais afastadas da unidade sensorial (2) que o próprio jogador (3).

0 jogador (3) observa os elementos do jogo projetados no ambiente, seja no chão (tal como ilustrado na Figura 3) ou numa parede (tal como ilustrado na Figura 4). A projeção é conseguida através de uma unidade de projeção (5), que numa forma de realização é do tipo "curta- distância", para que possa estar próximo da superfície de projeção e assim obter uma plataforma mais compacta, e de "alto brilho" para permitir boa visibilidade do jogo em variadas condições de iluminação. 0 modo de projeção deverá ser configurado de acordo com as características do jogo. A configuração preferencial é apresentada da Figura 3. Nessa configuração, a direção de projeção (12) projeta as imagens do jogo no chão, no espaço entre a plataforma (1) e o jogador (3). A focagem da unidade de projeção (5) é efetuada e fixada de modo que as imagens fiquem sempre focadas. Na configuração de projeção na parede (tal como ilustra a Figura 4), o projetor (5) é deslocado manualmente da posição vertical para a posição horizontal com a ajuda de um braço articulado (8), de modo a que direção de projeção (12) dirige as imagens do jogo para uma parede livre. Neste caso, a plataforma (1) fica entre o jogador (3) e a projeção, pelo que a unidade sensorial (2) deve ser rodada, de forma manual ou automatizada, para ficar a observar o jogador (3). A parte inferior da projeção na parede fica acima da altura da plataforma (1) para evitar oclusão.A distância da plataforma (1) à parede deve ser ajustada por deslocamento da base móvel, de forma manual ou automatizada, de modo a que a imagem fique focada. Adicionalmente, a unidade sensorial (2) poderá incluir um sensor de distância à superfície de projeção (6), com indicador sonoro ou luminoso, de forma a facilitar a colocação da plataforma (1) junto à parede/chão.

0 operador do sistema (11) pode configurar o modo de utilização da plataforma (1), colocando-a num local conveniente por deslocamento da base móvel (9) e escolhendo o modo de projeção (chão ou parede) através da rotação da cabeça que integra a unidade sensorial, permitida pela junta rotativa (7), de forma a dirigi-la para o jogador (3), e deslocando a unidade de projeção (5) da posição vertical para horizontal por intermédio do braço articulado (8). Alternativamente, o comando automático da junta de rotação (7) e do braço articulado (8) pode ser atingindo através de motores elétricos e de um atuador de controlo a ser comandado pela unidade de processamento (4), para permitir comutação automática entre modos de projeção no chão e na parede. De igual forma, a movimentação da base móvel (9) poderá ser automatizada, através da utilização de uma base robótica, interligada com a unidade de processamento (4), compreendendo atuadores, sensores e capacidade de navegação autónoma .

A interação com a unidade de processamento (4) para a escolha e configuração dos jogos (e outras operações necessárias) pode ser feita com um dispositivo móvel - smartphone - ou outro computador (caso haja uma ligação à internet) ou por intermédio de um teclado e rato sem fios.

Todos os componentes são integrados numa plataforma (1) compacta, móvel e com uma forma e desenho empáticos. Estes aspetos são importantes não só para facilitar a interação e aceitação por parte dos jogadores (3), mas também para toda a logística de preparação e execução das sessões de exercício pelas instituições e terapeutas. A mobilidade da plataforma (1) permite facilmente deslocar a plataforma (1) entre diferentes localizações permitindo servir mais jogadores (3). Para além disso, permite uma mais fácil arrumação e preparação dos espaços de exercício.

MODOS DE REALIZAÇAO

No modo de realização principal, a plataforma (1) móvel para estimulação física e reabilitação da invenção compreende os seguintes módulos:

— uma base móvel (9) para proporcionar o deslocamento da plataforma (1), e na qual se encontram instaladas:

— uma unidade sensorial (2) configurada para:

— determinar a posição de um utilizador em relação a uma unidade de projeção (5) e a uma superfície de projeção (6); e

— detetar movimentos chave produzidos pelo utilizador; — uma unidade de processamento (4) compreendendo requisitos computacionais configurados para:

— Converter movimentos chave detetados pela unidade sensorial (2) em instruções de programa de computador; e

— Executar um programa de computador adaptado a produzir um conteúdo audiovisual a partir de instruções de programa de computador;

— uma unidade de projeção (5) configurada para projetar o conteúdo audiovisual na superfície de projeção (6); — um mecanismo de atuação configurado para controlar o posicionamento da unidade de projeção (5) em relação à superfície de projeção (6).

Num modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, a unidade de processamento (4) compreende um módulo de interface com exterior configurado para estabelecer a comunicação com:

— um dispositivo de introdução de dados; e/ou — um dispositivo de processamento externo.

Num outro modo de realização preferencial da

Plataforma (1) da invenção, a unidade de processamento (4) compreende um módulo de conexão sem fios.

Num outro modo de realização preferencial da

Plataforma (1) da invenção, o dispositivo de introdução de dados é um teclado de computador ou um smartphone ligado à internet.

Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, o dispositivo de processamento externo é um servidor externo ligado à internet. Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, a unidade sensorial (2) compreende um sensor de postura.

Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, o sensor de postura é do tipo eletro-ótico.

Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, o sensor de postura do tipo eletro-ótico (2) compreende uma câmara RGB ou uma câmara de profundidade.

Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, a unidade sensorial (2) compreende um sensor de distância à superfície de projeção (6), com indicador sonoro ou luminoso.

Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, a unidade de projeção (5) compreende um projetor de curta-distância.

Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, o mecanismo de atuação compreende um braço articulado (8) e uma junta rotativa (7).

Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, o mecanismo de atuação compreende adicionalmente pelo menos um motor elétrico e pelo menos um atuador de controlo, configurados para operar de forma automática o braço articulado (8) e a junta rotativa (7); os referidos motor elétrico e atuador de controlo sendo controlados pela da unidade de processamento (4). Num outro modo de realização preferencial da Plataforma (1) da invenção, a base móvel (9) compreende um mecanismo robótico de navegação; o referido mecanismo robótico sendo controlado pela unidade de processamento (4). Como será claro para um perito na especialidade, a presente invenção não deverá estar limitada aos modos de realização descritos no presente documento, sendo possíveis diversas alterações que se mantêm no âmbito da presente invenção.

Evidentemente, os modos preferenciais acima apresentados são combináveis, nas diferentes formas possíveis, evitando-se aqui a repetição de todas essas combinações .

Lisboa, 08 de julho de 2022.