Tesis y Trabajos de Investigación PUCP
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Ítem Texto completo enlazado A lowpower recording system for intracortical signal acquisition based on design specification relaxation and lower bandwidth filtering(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2024-01-19) Vitón Zorrilla, Luighi Anthony; Saldaña Pumarica, Julio CésarIn this thesis, we designed and evaluated a circuit model at the transistor level of a low-resolution and low bandwidth ADC (analog-to-digital converter) with level-crossing architecture (LCADC), used as part of the acquisition chain of a BCI (brain-to-computer interface) device. The aim is to obtain minimal specifications that could return adequate levels of accuracy at spike detection and reduce power dissipation. In addition, we included a NEO preprocessor in the test to help in the detection accuracy. To achieve the objectives proposed, we started developing a software model for the preprocessor and the ADCs to evaluate the different variations of resolution, bandwidth, noise level, and NEO window. After finding the desired minimum values, we continued with the hardware development of the ADC. We designed the level crossing architecture and a conventional SAR to have a reference against which we compare the LCADC performance. After that, we developed a NEO circuit and applied synthesized neural recordings to evaluate power consumption with the ADC. Additionally, we designed a conventional analog frontend to estimate the power for the band of interest. Also, we estimated the dissipation for wireless transmission by calculating the approximated data stream expected in the level-crossing sampling scheme. Summing them, we obtained the power consumption of the complete acquisition chain. In conclusion, although reducing the intrinsic power of the LCADC is challenging, the scheme helps reduce the total power consumption of the acquisition chain with adequate accuracy, making it competitive against currently reported BCI devices.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un sistema de control de una prótesis transhumeral con actuación híbrida activada por medio de señales fisiológicas(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-10-30) Gonzales Pareja, Milenko Fabian; Mio Zaldívar, Renato AlonsoLas complicaciones que llevan a las personas a tener alguna amputación de miembro superior son cada vez más frecuentes, por ello para mantener la calidad de vida de estas personas se han venido desarrollando prótesis de todo tipo a lo largo de los años. Sin embargo, la mayoría de las prótesis funcionales no son accesibles por su elevado precio. Lo que provocó que el desarrollo de estos sistemas se mecanice mediante la impresión 3D, reduciendo considerablemente los costos de manufactura. Esta técnica puede ser más barata pero no termina de ser eficiente en cuanto a su interacción. Siendo el objetivo de estas prótesis que el usuario se fidelice con el sistema para que no lo abandone. Un sistema de control activado por señales EMG que coloque al usuario dentro del lazo de control con un sistema háptico, que retroalimente la fuerza de presión de la prótesis directamente al usuario mejora este tipo de interacción de los usuarios con el medio. El sistema de control más robusto para este tipo de aplicaciones que tiene la practicidad y rapidez que se necesita, es el control directo de posición-fuerza. En el presente trabajo de tesis se muestra el desarrollo de un sistema de control para una prótesis transhumeral con actuación híbrida (actuación mecánica de codo y mioeléctrica de mano). Este sistema será activado mediante el reconocimiento de la intención de movimiento del usuario, que se activa mediante la lectura de señales EMG del bíceps, y para tener un sistema de lazo cerrado con el usuario se implementa también un sistema háptico de retroalimentación que consta de un disco vibrador que traduce la cantidad de fuerza que ejerce el brazo con una frecuencia directamente proporcional de vibración. El desarrollo de este sistema de control permite interactuar al usuario con objetos y realizar la apertura y cierre de la mano de manera automática y manual. El control tiene un tiempo de establecimiento de aproximadamente 3.623 segundos y el sistema de control puede llegar a costar 3233 soles. Por ende, se puede mejorar las prótesis mecanizadas en impresión 3D mediante este sistema de control que es accesible, económico, y eficiente en cuanto al control de posición-fuerza para las personas que hayan sufrido alguna amputación de miembro superior.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un filtro pasa bajos para neural SPIKES en tecnología CMOS con voltaje de alimentación de 1V(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-06-05) Bellido Alba, Alvaro Gustavo Raúl; Saldaña Pumarica, Julio CésarLos próximos capítulos de la presente tesis se contempla una revisión de dispositivos wearable como estado del arte. Lo que le sigue es una explicación de los puntos teóricos importante para el desarrollo. Finalmente, se cuenta con la solución y los resultados. Se empieza mencionando los diferentes desarrollos tecnológicos en base a los dispositivos wearable y cómo estos han tenido resultados prometedores en el uso con personas o animales. Después de eso, se menciona la motivación para continuar con el desarrollo del trabajo; y se continúa con el estado del arte de las topologías para el diseño de filtros pasabajos en tecnología CMOS. En la parte de la revisión teórica, se desarrollarán aspectos necesarios tales como el análisis en pequeña señal, la obtención función transferencia por medio del Teorema de Blackman y el método de análisis en frecuencia del profesor Ali Hajimiri, y el uso de un Level Shifter. Para finalizar, se realizarán las simulaciones en condiciones nominales y PVT para cada tipo de respuesta: AC, DC, transitoria, ruido y potencia; luego se muestra la comparativa de este trabajo con la literatura.Ítem Texto completo enlazado Diseño de un filtro de biopotenciales con un voltaje de alimentación de 1.2 voltios(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2023-03-24) Vega Moron, Juan Pablo; Saldaña Pumarica, Julio CésarLos próximos capítulos del presente trabajo tratarán sobre una revisión del estado del arte de los dispositivos “wearable”, seguido de una revisión teórica de la tecnología CMOS para empezar una estrategia de diseño y finalizar con el diseño propuesto. Se inicia con temas relacionados a la problemática y desarrollo de los dispositivos “wearable” y La revisión del estado del arte de estos dispositivos y de la tecnología CMOS. En la revisión teórica se desarrollarán aspectos referidos al filtro que será diseñado para poder empezar una estrategia de diseño mediante las ecuaciones planteadas. Este proceso es salvaguardado por simulaciones realizadas con la herramienta “Analog Design Enviroment” de la empresa Cadence. Para finalizar se abordarán simulaciones en condiciones nominales, PVT y de Montecarlo para cada una de las respuestas del circuito: respuesta AC, respuesta DC, respuesta Transitoria y Ruido.Ítem Texto completo enlazado Propuesta de sistema de rehabilitación neurológica de miembro superior para personas discapacitadas por medio del uso de una interfaz cerebro computadora(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2020-10-15) Neyra Corsino, Alvaro Oscar; Chau Delgado, Juan ManuelEl presente trabajo de investigación aborda los problemas que presentan los actuales sistemas de rehabilitación de miembro superior, los cuales son, por ejemplo, la fatiga muscular y la excesiva necesidad de un terapista. Para ello se propuso un sistema de rehabilitación de miembro superior por medio del uso de la interfaz cerebro máquina, el cual ha sido ampliamente investigado en la última década por sus efectivos resultados. Para la realización de esta propuesta se propuso como objetivo general su elaboración, además se propusieron como objetivos específicos la selección de algoritmos de procesamiento de señales encefalográficas, la selección de los componentes de un prototipo de brazo robótico, el diseño de la interfaz gráfica de usuario, y, por último, la integración de los subsistemas desarrollados. Además, se propuso como alcance que la propuesta no contempla la selección del lector de señales encefalográficas. Para la elección del paradigma que se deseó usar en esta propuesta, se presentó el marco teórico de la interfaz cerebro computadora dentro del cual se identificó las distintas ventajas y desventajas de cada una de estas por lo que se determinó que el paradigma del ritmo sensoriomotor (SMR) es el que se usaría en esta propuesta debido a que por medio de este se puede capturar e identificar cuando un usuario imagina el movimiento de algún objeto, lo cual es de mucha ayuda para su realización. Por otro lado, para la generación de ideas acerca de cómo podría realizarse este sistema, se presenta una revisión del estado del arte acerca de los dispositivos de rehabilitación de miembro superior por medio de la interfaz cerebro máquina y, además, se identificaron las metodologías a seguir en el diseño de este sistema. Debido a que se tuvo una idea general de cómo realizar la propuesta con el estado del arte y la identificación de las metodologías a usar, se realizó una lista de exigencias y una estructura de funciones del sistema de rehabilitación. Estos se utilizaron para poder identificar 3 conceptos solución de las cuales, mediante un análisis técnico-económico, se pudo obtener un concepto solución ganador. Luego, se pudo realizar un diagrama de operaciones, una arquitectura de hardware y el diagrama de flujo del concepto solución ganador. Finalmente, se presentaron conclusiones y recomendaciones destacadas de esta propuesta.Ítem Texto completo enlazado Procesamiento de señales electroencefalográficas en un sistema embebido para una interfaz cerebro máquina(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-05-12) Acuña Condori, Kevin José; Achanccaray Díaz, David RonaldUna de las tecnologías actuales que está causando gran impacto en la vida de las personas con discapacidad motora severa es el Interfaz Cerebro-Máquina(BMI, por sus siglas en inglés), sistema que permite convertir pensamiento o intención de movimiento de una persona en medios de comunicación y comandos de control de dispositivos, logrando independencia para el usuario. Sin embargo, los equipos actuales dependen de una PC que realice el procesamiento de las señales cerebrales, lo que dificulta que el sistema sea portable y de bajo costo. La presente tesis estudia y propone el uso de un sistema embebido (microcomputadora) como alternativa al uso de la PC en el BMI. Las microcomputadoras a diferencia de las PC comunes, son diseñadas para ciertos propósitos específícos, esto presenta una reducción de costo y mayor portabilidad del equipo. Con ello se pretende contribuir al desarrollo de esta nueva tecnología en el Perú haciéndolo accesible para personas de escasos recursos, lo que impactaría en la mejora de calidad de vida de las personas con discapacidad motora severa. Los resultados muestran que el sistema embebido Odroid-xu4(que cuesta 20 veces menos y es 45 veces mas liviano) puede realizar el entrenamiento de los algoritmos y el procesamiento en tiempo real de señales EEG con la misma tasa de acierto que la laptop, tardando aproximadamente 9 veces más; sin embargo estos tiempos son mínimos para aplicaciones del interfaz cerebro-máquina por lo que se demuestra que el Odroid-xu4 puede ser usado como equipo de procesamiento para una BMI portable, confiable y de bajo costo.Ítem Texto completo enlazado Robust Minimmun Variance Beamformer using Phase Aberration Correction Methods(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2017-04-28) Chau Loo Kung, Gustavo Ramón; Lavarello Montero, Roberto Janniel; Dahl, Jeremy J.The minimum variance (MV) beamformer is an adaptive beamforming method that has the potential to enhance the resolution and contrast of ultrasound images. Although the sensitivity of the MV beamformer to steering vector errors and array calibration errors is well-documented in other fields, in ultrasound it has been tested only under gross sound speed errors. Several robust MV beamformers have been proposed, but have mainly reported robustness only in the presence of sound speed mismatches. Additionally the impact of PAC methods in mitigating the effects of phase aberration in MV beamformed images has not been observed Accordingly, this thesis report consists on two parts. On the first part, a more complete analysis of the effects of different types of aberrators on conventional MV beamforming and on a robust MV beamformer from the literature (Eigenspace-based Minimum Variance (ESMV) beamformer) is carried out, and the effects of three PAC algorithms and their impact on the performance of the MV beamformer are analyzed (MV-PC). The comparison is carried out on Field II simulations and phantom experiments with electronic aberration and tissue aberrators. We conclude that the sensitivity to speed of sound errors and aberration limit the use of the MV beamformer in clinical applications, and that the effect of aberration is stronger than previously reported in the literature. Additionally it is shown that under moderate and strong aberrating conditions, MV-PC is a preferable option to ESMV. On the second part, we propose a new, locally-adaptive, phase aberration correction method (LAPAC) able to improve both DAS and MV beamformers that integrates aberration correction for each point in the image domain into the formulation of the MV beamformer. The new method is tested using fullwave simulations of models of human abdominal wall, experiments with tissue aberrators, and in vivo carotid images. The LAPAC method is compared with conventional phase aberration correction with delay-and-sum beamforming (DAS-PC) and MV-PC. The proposed method showed between 1-4 dB higher contrast than DAS-PC and MV-PC in all cases, and LAPAC-MV showed better performance than LAPAC-DAS. We conclude that LAPAC may be a viable option to enhance ultrasound image quality of both DAS and MV in the presence of clinically-relevant aberrating conditions.Ítem Texto completo enlazado Desarrollo de un sistema para la evaluación de la actividad muscular mediante electrodos de superficie(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-09-16) Córdova Ricapa, Fernando; Toledo Ponce, EduardoEn la actualidad, en el Perú, no existe una gran difusión acerca de la electromiografía ni a todos los posibles usos que se le puede dar a esta ciencia. La electromiografía es usada clínicamente en el diagnóstico de enfermedades neuromusculares, tales como falta de fuerza, retraso en el desarrollo motor, trastorno de lenguaje, alteraciones ortopédicas, entre otras. Por otro lado es usada en el análisis biomecánico de deportistas, para mejorar su rendimiento deportivo, o en la rehabilitación para personas con cierto tipo de lesiones. El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un sistema que sea capaz de adquirir las señales electromiográficas que se generan durante la actividad muscular mediante el uso de electrodos de superficie. El sistema desarrollado tiene la capacidad de adquirir señales EMG de las extremidades superiores (bíceps, tríceps, flexor del antebrazo) e inferiores (gemelos). Este sistema cuenta con una etapa de adquisición de las señales bioeléctricas, una etapa de acondicionamiento de las señales y finalmente, una etapa de digitalización y comunicación con la PC, en donde se visualizarán las señales obtenidas en una escala temporal a través de una interfaz desarrollada. De las pruebas realizadas al sistema, se hizo posible notar una diferencia en el comportamiento de la señal EMG debido a parámetros como el tipo de contracción, tipo de músculo, peso con el que se realiza el ejercicio y el individuo al cual se le practican los ensayos.Ítem Texto completo enlazado Diseño y desarrollo de un sistema para la visualización de parámetros bioenergéticos: ritmo cardiaco, cuenta pasos y calorías(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2013-05-29) Kang Cabrera, Ho-Seok Antonio; Toledo Ponce, EduardoDebido a la gran problemática que existe actualmente en el Perú y el mundo con respecto a la inactividad física, se desarrolló un dispositivo portátil capaz de mostrar algunos parámetros bioenergéticos como ritmo cardiaco, zona de entrenamiento y calorías consumidas. Su objetivo es brindar un apoyo a las personas que requieren ejercitarse de una forma específica; como las personas con sobrepeso que requieren reducir la grasa corporal, los pacientes cardiacos que no deben sobrepasar cierta frecuencia cardiaca y los adultos mayores que no deben perder su capacidad motora. El dispositivo desarrollado tiene la capacidad de calcular los parámetros antes mencionados gracias a que combina las características de un podómetro y un medidor de ritmo cardiaco. Cabe mencionar que actualmente no existe algún aparato con tales prestaciones. El dispositivo consta de un sistema de adquisición, un sistema de control y un sistema de visualización. En el sistema de adquisición, un sensor de aceleración se encarga de captar la señal para el podómetro y tres electrodos se encargan de captar la señal del corazón. Ambas señales son acondicionadas antes de pasar al sistema de control donde un microprocesador las evalúa y realiza los algoritmos respectivos para calcular los parámetros bioenergéticos. Por último, el sistema de visualización es el encargado de mostrar dichos parámetros al usuario. Es necesario añadir que para calcular los parámetros con mayor precisión, se utilizan algunos datos ingresados por el usuario, tales como su edad, su peso y su longitud de zancada. Según las pruebas realizadas, se logró obtener margen de error menor al 3%, cumpliendo así con el objetivo de precisión propuesto. Se espera que en un futuro sea implementado y utilizado por las personas.Ítem Texto completo enlazado Comparación entre estructuras de linealización de transconductores en tecnología CMOS(Pontificia Universidad Católica del Perú, 2012-09-21) Alfaro Purisaca, Paul Anthony; Saldaña Pumarica, Julio CésarEn este trabajo de tesis se presenta el análisis y la comparación de un conjunto de estructuras de linealización de transconductores. Los transconductores son circuitos utilizados en la implementación de filtros integrados analógicos que reemplazan a los resistores los cuales ocupan demasiada área dentro del circuito integrado. En el caso de la adquisición de señales ECG, se requieren de filtros que trabajen en bandas en el orden de mHz a cientos de Hz y eso implica que los valores de transconductancia se encuentren en el orden de los pS a nS. Obtener estos valores de transconductancia manteniendo un rango lineal adecuado representa un gran desafío para el diseñador de este tipo de bloques analógicos, siendo necesario emplear alguna estructura de linealización. Sin embargo, se debe realizar un análisis cuidadoso del efecto de estas estructuras en parámetros como ruido y offset. Un punto importante en esta tesis es el desarrollo de ecuaciones que modelan el comportamiento eléctrico de las estructuras de linealización. Estas permiten obtener de manera rápida y efectiva un amplio panorama de los principales compromisos entre los parámetros de desempeño: transconductancia, rango lineal, ruido, consumo de corriente y offset. Cabe mencionar que estas ecuaciones fueron obtenidas utilizando el modelo matemático ACM (Advanced Compact Mosfet Model) del transistor MOS. Este modelo es válido en todas la regiones de operación del transistor y en todos los niveles de inversión, es decir, utilizando una única ecuación se puede modelar el comportamiento del transistor en todas las condiciones. Debido a esto, las ecuaciones desarrolladas en esta tesis para las arquitecturas de linealización son válidas para todas las condiciones de polarización de los transistores, lo cual representa un aporte importante del presente trabajo. Se realizó el análisis de tres estructuras de linealización: par diferencial con resistencias de degeneración, estructura propuesta por Krummenacher y Joehl [1] y la estructura propuesta por Silva Martinez [2]. La especificación de diseño fue que el rango lineal sea el máximo posible para una transconductancia de 10nS y una desviación estándar del offset menor a 5mV. El proceso de fabricación considerado para el diseño tiene 0,35μm como mínima longitud de canal.