BORBA, André Duarte. Transporte de partículas com autopropulsão em substratos 2d ordenados. 2015. 49 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-09T18:58:31Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_adborba.pdf: 22709509 bytes, checksum: b11a2f9b1be5d06c74560942dff7858b (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-10T20:45:22Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_adborba.pdf: 22709509 bytes, checksum: b11a2f9b1be5d06c74560942dff7858b (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-10T20:45:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_adborba.pdf: 22709509 bytes, checksum: b11a2f9b1be5d06c74560942dff7858b (MD5) Previous issue date: 2015 / Self-propelled particles are those that use their internal energy to generate movement. The term is originally associated with the model introduced by T. Vicsek et al.[Phys. Rev. Lett. 75, 1226 (1995)] that identifies a dynamic transition associated to the collective movement of "individuals" of the same species. Examples of SPP occur in natural systems such as microorganisms (bacteria, viruses, and protozoa) or artificially as in the case of colloidal particles suitably prepared. The study of SPP is important in many fields such as materials engineering, medicine and basic sciences (physics and chemistry). In general, the collective motion reveals a dramatically different behavior as compared to the characteristics motion of individual components of a given system. That is, the action of a given individual is dominated by the presence of the other components as a result of the interaction between them. Thus, it is important to understand the collective behavior of SPP. In this dissertation, we study a two-dimensional SPP system subject to an external force and in the presence of rigid obstacles with anisotropic geometry (semi-circle) orderly distributed in the form of a square lattice. In addition to the interaction between particles and between particles and obstacles, the individual movement of each SPP is influenced by a white noise. The objective is to characterize the transport of SPP in a 2D substrate in the absenceand in the presence of a driving external force. We present a systematic study of the collective motion of the SPP as a function of noise intensity, which defines the erratic movement of the SPP, the size of the obstacles, the SPP density and separation between the obstacles. Due to the presence of anisotropic obstacles, there is a spontaneous collective movement and ordered in a given preferential direction, characterized by the non-zero average velocity of SPP in the absence of the external force. The basic conditions for the spontaneous ordered collective movement are: low-intensity noise ( << 1 ) and SPP density greater than a given critical value. / Partículas com autopropulsão, ou do inglês Self Propelled Particles (SPP), são aquelas que utilizam sua energia interna para gerar movimento. O termo está originalmente associado ao modelo introduzido por T. Vicsek et al. [Phys. Rev. Lett.75, 1226 (1995)] que identifica uma transição dinâmica associada ao movimento coletivo de "indivíduos" de uma mesma espécie. Exemplos de SPP ocorrem em sistemas naturais, como microorganismos (bactérias, vírus e protozoários), ou, artificialmente, como no caso de partículas coloidais adequadamente preparadas. O estudo de SPP é importante em diversas áreas do conhecimento tais como engenharia de materiais, medicina e ciências básicas (física e química). Em geral, o movimento coletivo revela características drasticamente distintas do movimento individual dos constituintes de um dado sistema. Ou seja, a ação de um dado indivíduo é dominada pela presença de outros constituintes do sistema como resultado da interação entre eles. Desta forma, é importante o entendimento do comportamento coletivo das SPP. Em particular nesta dissertação, estudamos um sistema bidimensional de SPP sujeitas a uma força externa e na presença de obstáculos rígidos com geometria anisotrópica (semi-círculos) distribuídos ordenadamente na forma de uma rede quadrada. Além da interação entre partículas e entre partículas e obstáculos, o movimento individual de cada SPP sofre influência de um ruído branco. O objetivo é caracterizar o transporte de SPP através do substrato 2D, na ausência ou não de uma força externa propulsora. Apresentamos um estudo sistemático do movimento coletivo das SPP em função da intensidade do ruído, que define o movimento errático das SPP, do tamanho dos obstáculos, da densidade de SPP e da separação entre os obstáculos. Devido a presença de obstáculos anisotrópicos, existe um movimento coletivo espontâneo e ordenado em uma dada direção preferencial, caracterizado por velocidade média das SPP não-nula na ausência de força externa. As condições básicas para o movimento coletivo ordenado espontâneo são: ruído de baixa intensidade (<<1) e densidade de SPP maior que um dado valor crítico.

Propulsionar cadeira de rodas (CR) está relacionado a altas incidências de dores e lesões em usuários de cadeira de rodas (UCR). Embora seja reconhecida como uma forma de baixa eficiência para se locomover, representa fundamental importância para o desempenho dessas pessoas nas atividades de vida diária, ocupacionais, de lazer e em sua participação social. Ao longo dos estudos sobre a propulsão nas últimas décadas, foi notado recentemente em especial, que a propulsão inicial que retira o sistema usuário-cadeira de rodas do repouso, o colocando em movimento, apresentam a maiores solicitações mecânicas. Considerando que esta situação é executada várias vezes durante o uso típico da cadeira de rodas, torna-a relevante objeto de estudo. Como até o momento, pouco foram os estudos sobre a fase inicial da autopropulsão e que do ponto de vista da neuroativação, esse movimento não foi abordado, este estudo tem como objetivo descrever o gesto da fase inicial da autopropulsão de cadeira de rodas manual de UCR, por meio da eletromiografia, apresentando os níveis atingidos de ativação muscular e o perfil do comportamento de ativação ao longo da execução do gesto da autopropulsão. Para isso foram avaliados oito grupos musculares envolvidos nesse gesto de onze UCR. Os sinais eletromiográficos foram coletados dos oito grupos musculares, simultaneamente, durante a execução de dez propulsões, partindo do repouso, de cada UCR participante da pesquisa. Com relação aos níveis de ativações musculares, foi introduzido um método alternativo de normalização. Esse método consiste na realização do teste de contração isométrica máxima na própria CR. Os resultados foram apresentados em boxplot a fim de demonstrar o pico de ativação bem como a distribuição dos demais níveis de ativação. Como o novo método proposto demonstrou limitações, inviabilizou a interpretação dos resultados quanto as intensidades calculadas. Sobre o perfil de acionamento muscular ao longo da execução da autopropulsão, os resultados foram expostos em gráficos normalizados pelo pico dinâmico e em relação ao período de um ciclo de propulsão, evidenciando o comportamento ativado em cada instante do ciclo. Segundo os resultados dessa segunda metodologia, entre os oito grupos musculares examinados, os que apresentaram os maiores picos de ativação foram: deltoide anterior (80,27%), o peitoral maior (79,27%), os flexores de punho (78,93%) e os extensores de punho (80,65%). Os achados colaboram com estudos anteriores de outros autores de que os principais grupos musculares efetores na propulsão de CR são o deltóide anterior (DA) e peitoral maior (PM). / Propelling wheelchair (CR) is related to high incidences of pain and injury in wheelchair users (WCU). Although this locomotion way be known as low efficient locomotion mode, it represents fundamental importance for these people performance in daily living activities, occupational, leisure and in their social participation. Over the studies course on propulsion in recent decades, it has recently been noted, particularly, that the initial stage of wheelchair propulsion which retires the user-wheelchair system from resting, putting it into motion, presents greater mechanical stresses. It considering this situation is executed several times during the typical wheelchair usage, it makes this relevant study object. As until current moment, there are few studies about initial stage of wheelchair propulsion and, from the neuroactivation point of view, this movement was not approached, this study aims to describe the gesture of initial stage of manual wheelchair propulsion from WCU, across electromyography, presenting the muscular activation levels achieved and the recruited behavior profile during the propulsion gesture execution. For this problem, eight muscle groups involved in this gesture were evaluated from eleven WCU. Electromyographic signals were collected from these eight muscle groups, simultaneously, during ten propulsions execution, starting from resting, of each WCU participant of the research. Regarding the muscular activation levels, an alternative normalization method was introduced. This method consists in performing the maximum isometric contraction test on the wheelchair itself. The results were showed in boxplot in order to demonstrate the activation peak as well as the remaining activation levels distribution. As the new method proposed showed limitations, a better results interpretation was not possible on calculated intensities. Regarding the muscular activation profile during the propulsion execution, the results were exposed in graphs normalized by the dynamic peak as well as in relation to a single propulsion cycle, evidencing the activated behavior at each cycle moment. According to the results based on second methodology, among the eight muscle groups examined, the ones which presented the highest activation peaks values were: the anterior deltoid (80.27%), the pectoralis major (79.27%), the wrist flexors (78, 93%) and the wrist extensors (80.65%). The findings agree with previous studies by other authors that the main effector muscle groups in CR propulsion are anterior deltoid (DA) and pectoralis major (PM).

Propulsionar cadeira de rodas (CR) está relacionado a altas incidências de dores e lesões em usuários de cadeira de rodas (UCR). Embora seja reconhecida como uma forma de baixa eficiência para se locomover, representa fundamental importância para o desempenho dessas pessoas nas atividades de vida diária, ocupacionais, de lazer e em sua participação social. Ao longo dos estudos sobre a propulsão nas últimas décadas, foi notado recentemente em especial, que a propulsão inicial que retira o sistema usuário-cadeira de rodas do repouso, o colocando em movimento, apresentam a maiores solicitações mecânicas. Considerando que esta situação é executada várias vezes durante o uso típico da cadeira de rodas, torna-a relevante objeto de estudo. Como até o momento, pouco foram os estudos sobre a fase inicial da autopropulsão e que do ponto de vista da neuroativação, esse movimento não foi abordado, este estudo tem como objetivo descrever o gesto da fase inicial da autopropulsão de cadeira de rodas manual de UCR, por meio da eletromiografia, apresentando os níveis atingidos de ativação muscular e o perfil do comportamento de ativação ao longo da execução do gesto da autopropulsão. Para isso foram avaliados oito grupos musculares envolvidos nesse gesto de onze UCR. Os sinais eletromiográficos foram coletados dos oito grupos musculares, simultaneamente, durante a execução de dez propulsões, partindo do repouso, de cada UCR participante da pesquisa. Com relação aos níveis de ativações musculares, foi introduzido um método alternativo de normalização. Esse método consiste na realização do teste de contração isométrica máxima na própria CR. Os resultados foram apresentados em boxplot a fim de demonstrar o pico de ativação bem como a distribuição dos demais níveis de ativação. Como o novo método proposto demonstrou limitações, inviabilizou a interpretação dos resultados quanto as intensidades calculadas. Sobre o perfil de acionamento muscular ao longo da execução da autopropulsão, os resultados foram expostos em gráficos normalizados pelo pico dinâmico e em relação ao período de um ciclo de propulsão, evidenciando o comportamento ativado em cada instante do ciclo. Segundo os resultados dessa segunda metodologia, entre os oito grupos musculares examinados, os que apresentaram os maiores picos de ativação foram: deltoide anterior (80,27%), o peitoral maior (79,27%), os flexores de punho (78,93%) e os extensores de punho (80,65%). Os achados colaboram com estudos anteriores de outros autores de que os principais grupos musculares efetores na propulsão de CR são o deltóide anterior (DA) e peitoral maior (PM). / Propelling wheelchair (CR) is related to high incidences of pain and injury in wheelchair users (WCU). Although this locomotion way be known as low efficient locomotion mode, it represents fundamental importance for these people performance in daily living activities, occupational, leisure and in their social participation. Over the studies course on propulsion in recent decades, it has recently been noted, particularly, that the initial stage of wheelchair propulsion which retires the user-wheelchair system from resting, putting it into motion, presents greater mechanical stresses. It considering this situation is executed several times during the typical wheelchair usage, it makes this relevant study object. As until current moment, there are few studies about initial stage of wheelchair propulsion and, from the neuroactivation point of view, this movement was not approached, this study aims to describe the gesture of initial stage of manual wheelchair propulsion from WCU, across electromyography, presenting the muscular activation levels achieved and the recruited behavior profile during the propulsion gesture execution. For this problem, eight muscle groups involved in this gesture were evaluated from eleven WCU. Electromyographic signals were collected from these eight muscle groups, simultaneously, during ten propulsions execution, starting from resting, of each WCU participant of the research. Regarding the muscular activation levels, an alternative normalization method was introduced. This method consists in performing the maximum isometric contraction test on the wheelchair itself. The results were showed in boxplot in order to demonstrate the activation peak as well as the remaining activation levels distribution. As the new method proposed showed limitations, a better results interpretation was not possible on calculated intensities. Regarding the muscular activation profile during the propulsion execution, the results were exposed in graphs normalized by the dynamic peak as well as in relation to a single propulsion cycle, evidencing the activated behavior at each cycle moment. According to the results based on second methodology, among the eight muscle groups examined, the ones which presented the highest activation peaks values were: the anterior deltoid (80.27%), the pectoralis major (79.27%), the wrist flexors (78, 93%) and the wrist extensors (80.65%). The findings agree with previous studies by other authors that the main effector muscle groups in CR propulsion are anterior deltoid (DA) and pectoralis major (PM).