Modelovanie a riadenie nelineárnych dynamických systémov v aplikácií na chôdzu človeka

Abstract

Pri modelovaní, simulácií a spracovaní fyziologických dát z bezdrôtových senzorových sietí sa využívajú okrem klasických prístupov na spracovanie dát aj metódy, ktoré odhaľujú zložitosť a komplexnosť fyziologických dát so zohľadnením funkcie centrálneho nervového systému. Využitie nelineárnej analýzy chôdze odhaľuje nelineárnu a chaotickú dynamiku signálov chôdze. Nelineárna analýza časových postupností dát má potenciál nájsť skryté zmeny signálov a trendy vo vývoji, ktoré nemožno nájsť použitím lineárnych metód. Ľudská chôdza má vlastnosti typické pre deterministické chaotické systémy. Z tohto dôvodu bol navrhnutý systém, ktorý generoval chaotické dáta, ktoré boli ďalej použité na riadenie motorov v rehabilitačnom mechatronickom zariadení – topánkach. Systém slúži na tréning chôdze seniorov, pričom počas tréningu sú generované náhodné chaotické výchylky z rovnovážneho stavu aplikované na chôdzu. Pre simulácie nelineárnych systémov je veľmi vhodné využitie nástrojov umelej inteligencie. Systém na predikciu elektromyografickej (EMG) aktivity svalov dolnej končatiny počas chôdze z kinematických údajov chôdze je výsledkom simulácií s využitím neurónovej siete. Navrhnutý model neurónovej siete preukázal schopnosť transformovať kinematický plán pohybu do aktivácie požadovaných svalov, a tiež že je možné modelovať predpokladanú funkčnú závislosť medzi kinematickými parametrami chôdze a obálkou amplitúdy EMG svalov dolnej končatiny.