Las nuevas tecnologías abarcan casi todas las disciplinas, la ergonomía puede aprovechar estas nuevas herramientas para implementarlas en alguno de sus métodos convencionales basados en técnicas de evaluación subjetiva. Actualmente, existen herramientas de medición que eliminan cualquier factor subjetivo y aportan datos objetivos para los análisis.
Un ejemplo de estas nuevas herramientas son los sistemas de captura de movimiento (MoCap), los cuales permiten registrar los movimientos del cuerpo humano, digitalizarlo y aplicarlo a un modelo digital. Posteriormente, estos movimientos digitalizados pueden analizarse en un escenario virtual utilizando los datos procesados que se capturaron y generando evaluaciones objetivas que podrían sustituir a los métodos actuales de observación para medir los ángulos posturales que son incluidos en un informe con una puntuación de riesgo.
Los datos objetivos que proporcionan estas nuevas tecnologías son esenciales para llevar a cabo evaluaciones ergonómicas. Los datos válidos muestran los efectos perjudiciales para la salud del entorno de trabajo ergonómicamente inadecuado.
Los sistemas MoCap se clasificar en dos grupos: sistemas ópticos y no ópticos.
Las soluciones ópticas se basan en la obtención de las posturas del cuerpo con cámaras especiales. La desventaja es que el seguimiento puede interrumpirse y perder datos durante movimientos complejos, uno o más marcadores pueden obstruirse por las propias extremidades de los sujetos.
Figura 1. Sistema Óptico
Fuente: https://coatzayork1.wordpress.com/2015/03/15/post-proceso-del-mocap/
Los sistemas no ópticos eliminan los problemas anteriores. Uno de los más utilizados es el seguimiento inercial, se basa en un sistema microelectromecánico compuesto por un sensor que incluye un acelerómetro y un giroscopio: el acelerómetro mide la aceleración lineal y el giroscopio mide la velocidad angular. Después de equipar a la persona con un sensor en cada segmento del cuerpo, se realiza una calibración y se genera un personaje digital en un sistema de coordenadas de referencia 3D.
Figura 2. Sistema no óptico (seguimiento inercial).
Fuente: https://www.awn.com/news/mpc-puts-new-xsens-motion-capture-system-work
El seguimiento de ubicación se realiza utilizando los datos de aceleración de los sensores y calculando la posición real de ciertos segmentos del cuerpo en relación con el sistema de referencia. Los sensores pueden comunicarse con el receptor de datos a través de cables o, como solución inalámbrica, a través de ondas de radio.
Los sistemas MoCap son utilizados por empresas en múltiples campos de aplicación. Por ejemplo, en la Ingeniería se desarrollan productos ergonómicos, garantizando su correcto uso, favoreciendo posibles cambios rápidos durante el desarrollo. En Medicina, en el campo de la rehabilitación para el tratamiento de lesiones y en las Ciencias deportivas para mejorar el rendimiento y técnicas en los deportistas.
Otra tecnología que se aprovecha en este proyecto es la Realidad Virtual (VR) que se define como “un mundo virtual generado por ordenador en el que los usuarios sienten estar dentro de él”. Permite simular una experiencia sensorial, en un espacio real o imaginario, a través del cual se puede interaccionar en estos entornos, pudiendo tocar y mover objetos, caminar, etc. La realidad virtual se clasifica en:
- Realidad virtual inmersiva: Es una simulación de un ambiente tridimensional en el que el usuario percibe a través de estímulos sensoriales y se siente dentro del mundo virtual que está explorando. Lo hace a través de dispositivos como guantes, gafas, cascos o trajes especiales, y todos ellos capturan la posición y rotación de diferentes partes del cuerpo.
- Realidad virtual no inmersiva: La visualización de los elementos virtuales se hace a través de una pantalla. La interacción se hace a través de accesorios como el teclado, el ratón o el micrófono, que se convierten en el medio de entretenimiento.
- Realidad virtual semi-inmersiva de proyección: Se caracteriza por ser cuatro pantallas en forma de cubo, tres para las paredes y otra para el suelo, que rodean al usuario. Este necesita de unas gafas y un dispositivo de seguimiento de movimientos en la cabeza.
Figura 3. Realidad Virtual
En este proyecto se aplican las anteriores tecnologías a la especialidad de ergonomía, específicamente a la evaluación ergonómica. Los métodos de evaluación ergonómica permiten identificar y valorar los factores de riesgo presentes en los puestos de trabajo para, posteriormente, en base a los resultados obtenidos, plantear opciones de rediseño que reduzcan el riesgo y lo sitúen en niveles aceptables de exposición para el trabajador. La exposición al riesgo de un trabajador en un puesto de trabajo depende de la amplitud del riesgo al que se expone, de la frecuencia del riesgo y de su duración (las posturas forzadas, los levantamientos de carga, la repetitividad de movimientos, etc.). Dicha información es posible obtenerla mediante métodos de evaluación ergonómica. Existen una gran variedad de métodos de evaluación ergonómicos que pueden aplicarse: RULA, REBA, NIOSH, OWAS, OCRA, etc.
Se implementan dos tecnologías (Realidad Virtual y Captura de Movimiento). Estas tecnologías permiten reproducir en un mundo virtual, las posturas de un trabajador realizando una tarea, observar detalladamente cada movimiento y analizar ángulos para evaluar mediante métodos ergonómicos los posibles riesgos derivados de su actividad.
Utilizando el sistema MoCap basado en sensores inerciales de movimiento, se captura y registra digitalmente los movimientos humanos en un modelo digital en el software 3D (Unity) para que el personaje digital se mueva como la persona que realiza los movimientos. El sistema contiene un software que nos permite visualizar en tiempo real el movimiento resultante de la captura sobre un modelo biomecánico de una persona y ajustar su antropometría según nos interese. Posteriormente realizar un análisis biomecánico y complementarlo con un método de evaluación ergonómica para determinar si se pueden producir lesiones musculoesqueléticas durante la ejecución de la tarea.
Traje MOCAP (PERCEPTION NEURON PRO)
PERCEPTION NEURON PRO es un sistema de captura de movimiento de cuerpo completo, basado en sensores inerciales (IMU), que puede grabar datos de movimiento en cualquier lugar sin limitaciones de espacio y sin la necesidad de cámaras ópticas. Es completamente inalámbrico y puede usarse en cualquier condición de iluminación tanto en interiores como en exteriores, sin oclusión, cámaras o restricciones de línea de sitio. Con una alta tolerancia a los campos magnéticos y un hardware que puede soportar el movimiento dinámico, es una solución robusta para cineastas profesionales, animadores, investigadores en biomecánica, analistas deportivos, técnicos en ergonomía, artistas escénicos y entusiastas de la realidad virtual.
Figura 4. Perception Neuron Pro.
Fuente: https://neuronmocap.com/
El sistema modular se basa en el NEURON , un IMU compuesto por un GIROSCOPIO de 3 ejes, un ACELERÓMETRO de 3 ejes y un MAGNETÓMETRO de 3 ejes, además generan datos hasta 120 fps y una velocidad máxima de 96 Hz para proporciona datos precisos. Los datos se transmiten por WIFI a un ordenador. La fuerza del sistema radica en los algoritmos patentados Embeded Data Fusion, Human Body Dynamics y Physical Engine de Perception Neuron, que proporcionan un movimiento suave y con una latencia mínima.
Figura 5. Neuron IMU (Unidad de Medición Inercial)
Fuente: https://neuronmocap.com/content/perception-neuron-pro
Diseñado para ser portátil, el sistema viene con un estuche anti-mag rígido para almacenar el traje de captura de movimiento y sus accesorios. La “caja de la batería” de Perception Neuron PRO no solo almacena los sensores, sino que los calibra cuando se colocan dentro. La caja también funciona como una estación de carga donde los sensores se pueden recargar.
Figura 6. Estuche de carga y calibración.
Fuente: https://neuronmocap.com/content/perception-neuron-pro
El traje incluye hasta 17 sensores conectados al cuerpo. La red de correas del traje permite que los sensores se sitúen en las diferentes partes del cuerpo.
Figura 7. Montaje de Perception Neuron Pro
Fuente: https://neuronmocap.com/content/perception-neuron-pro
Para comenzar la configuración, se encienden los botones de los sensores, se conecta el ordenador y el concentrador del sistema con un cable USB, luego se activa el software AXIS NEURON PRO. Cuando la calibración se ejecuta de acuerdo con el software, todo el proceso de configuración se puede completar en aproximadamente 5 minutos.
- Capturar y grabar movimientos.
- Exportar datos de captura de movimiento a archivos FBX, BVH y CALC.
- Transmisión de datos en tiempo real con los complementos más populares (Unreal, Notch, Unity, Motionbuilder).
Figura 8. Configuración de traje Perception Neuron Pro y software Axis Neuron Pro
Fuente: https://www.aiuto-jp.co.jp/products/product_2459.php
Software AXIS NEURON PRO
El software Axis Neuron PRO está diseñado para administrar y calibrar el sistema, así como para realizar una captura de movimiento básica. Una de las características más importantes es la posibilidad de transmitir su flujo de datos BVH y exportar sus archivos a FBX para usarlos en los programas de software 3D más populares (Unity, Unreal, 3DS MAX, Unigine, Oculus). Axis permite la personalización de la dimensión corporal, transmisión y grabación de datos de movimiento en tiempo real, multijugador e inmunidad de interferencia magnética.
Figura 9. Software AXIS NEURON
Fuente: https://neuronmocap.com/content/perception-neuron-pro
Software UNITY 2017
Es un motor de desarrollo para la creación de juegos y contenidos 2D y 3D interactivos, con las características que es completamente integrado, multiplataforma y que ofrece innumerables funcionalidades para facilitar el desarrollo de contenidos y escenas 3D y de Realidad Virtual. Permite la programación utilizando una gran variedad de lenguaje de scripts y licencia gratuita. Posibilidad de importar modelos y animaciones realizadas en otras aplicaciones 3D, como pueden ser Blender, Maya, 3ds Max, etc. Integra motores de física.
Figura 10. Software UNITY
Fuente: https://aiaustin.wordpress.com/2015/09/21/unity3d-characters/
Inicialmente se efectúan pruebas de calibración y adquisición de datos del traje Perception Neuron Pro, para tal fin un voluntario se coloca el traje y se configura el modelo 3D correspondiente a las medidas del trabajador. (Ver figura 11).
Figura 11. Calibración y Montaje de Traje Perpection Neuron Pro.
En el sofware Axis Neuron Pro se selecciona el sexo y las dimensiones antropométricas del modelo virtual entre distintos percentiles de hombre o mujer. Al modificar las dimensiones del modelo las posturas serán idénticas al original respecto a las posiciones relativas (ángulos) entre los segmentos corporales.
Figura 12. Captura de movimiento con Axis Neuron Pro.
A continuación, los datos de Axis Neuron Pro se transmiten al software de Unity para realizar la programación de los eventos y análisis de movimientos.
Figura 13. Captura de movimiento con Unity.
Posteriormente mediante el software Axis Neuron Pro y Unity se realiza una prueba inicial de captura del movimiento de una tarea de levantamiento manual de cargas. (Ver Figura 14, 15 y 16).
Figura 14. Perception Neuron en levantamiento manual de carga.
Figura 15. Axis Neuron en levantamiento manual de carga.
Figura 16. Unity en levantamiento manual de carga.
La aplicación de los métodos de evaluación ergonómica requiere la medición sobre el trabajador de determinadas dimensiones. Las mediciones sobre las posturas adoptadas por el trabajador son fundamentalmente angulares (los ángulos que forman los diferentes miembros del cuerpo respecto a determinadas referencias). De cada segmento corporal del modelo virtual se podrá visualizar en la simulación 3D la variación de parámetros durante la ejecución de una tarea (Ver Figura 17). En concreto se podrá observar, la variación de los siguientes parámetros:
- Ángulos de flexión-extensión en piernas, muslos, brazos, antebrazos o en cabeza y cuello.
- Ángulos de desviación lateral en columna, cabeza o manos; o de prono-supinación en antebrazos
Figura 17. Categorización de Ángulos y Alertas.
Adicionalmente utilizando el software Unity 2017 se pueden caracterizar los modelos virtuales, permitiendo crear o importar diferentes personajes 3D para la simulación. (Ver Figura 18).
Figura 18. MOCAP / Personaje 3D Unity.
Actualmente se está desarrollando una aplicación en el software Unity que incluye los métodos más relevantes para la evaluación ergonómica (REBA, NIOS, RULA, OWAS, OCRA y BIO-MEC). La aplicación permite integrar los datos de movimiento del traje MoCap en tiempo real o grabados en un archivo anteriormente y seleccionar uno o varios métodos para realizar la evaluación ergonómica. Al finalizar se generará un reporte con la evaluación completa. Adicionalmente, utilizando unas gafas de realidad virtual HTC Vive Pro, el usuario podrá experimentar en un escenario virtual la simulación de un entorno de trabajo y ejecutar la tarea de un trabajador mientras se toman los datos del traje MoCap en la aplicación de Unity. En el congreso ORP Madrid 2019 se podrán mostrár algunos de estos avances.
Este sistema facilita la labor del técnico de prevención, proporciona información objetiva, fiabilidad en las mediciones, se puede utilizar en cualquier entorno y permite aplicar los métodos ergonómicos más relevantes generando un informe final.
El sistema de Captura de Movimiento Perception Neuron es una herramienta tecnológica para analizar y evaluar las posturas de un trabajador para realizar cualquier tarea.
El software Axis Neuron puede configurar las dimensiones antropométricas de los percentiles tanto de mujeres y hombres, es fácil de calibrar y su adquisición de datos en tiempo real permite generar un modelo tridimensional fiable al movimiento real. Además, permite libertad de movimientos al ser un sistema un inalámbrico que utiliza Wifi.
Utilizando el software Unity se configura los segmentos corporales y su medición de ángulos e identificar visualmente los ángulos críticos y posturas forzadas o incorrectas. Además, crear e importar avatares y modelos tridimensionales.
Los datos obtenidos se guardan en una base de datos en la cual se pueden analizar secuencialmente los valores críticos de todos los segmentos corporales.
Real Decreto 487/1997, de 14 de abril, sobre disposiciones mínimas de seguridad y salud relativas a la manipulación manual de cargas que entrañe riesgos, en particular dorso lumbares, para los trabajadores.
Guía Técnica para la evaluación y prevención de los riesgos relativos a la manipulación manual de cargas. INSHT (Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo).
CAPTURA DE MOVIMIENTO.
http://en.wikipedia.org/wiki/Motion_capture
PERCEPTION NEURON MOTION TECHNOLOGIES.
NTP 601 Evaluación de las condiciones de trabajo: carga postural. Método REBA (Rapid Entire Body Assessment). Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo, España.
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