Retrofitting de esteira de uso humano para testes ergométricos em ratos e camundongos de laboratório

Abstract

Por meio do exercício físico aeróbico (EFA) regular, desencadeiam-se várias adaptações orgânicas que beneficiam o organismo. No âmbito do sistema respiratório, especificamente, a prática de exercício físico resulta em redução significativa da sintomatologia e intensificação das capacidade ventilatória, tanto em afecções pulmonares agudas como crônicas. Em âmbito laboratorial, para simular tais situações, o EFA pode ser realizado em esteira de uso humano. Não obstante, a adaptação realizada em cada estudo não é padronizada, e a metodologia utilizada tem apresentado um caráter heterogêneo. Portanto, o objetivo deste projeto é a realização de uma adaptação de uma esteira (retrofitting) de uso humano para ser uma esteira de uso laboratorial, e permitir realizar testes ergométricos em animais, especialmente em murinos (ratos e camundongos), Para isso utilizou-se um microcontrolador ESP32 associado com um microcontrolador Arduino Nano, deixado exclusivamente para medir a velocidade. A ESP32 realiza comando e controle em geral da esteira, bem como controla a interface gráfica (IHM) interativa com o usuário. A esteira opera em três modos diferentes: Normal, Teste de Capacidade Física Máxima (TCFM) e Treinamento Físico Aeróbio (TFA). O Arduino Nano está exclusivamente associado ao encoder, para medir a velocidade da esteira. Este encoder está acoplado mecanicamente por meio de uma adaptação realizada no eixo da esteira. A velocidade da esteira é o resultante da medição do encoder e de um software embarcado, cujos resultados se mostraram satisfatórios. A Interface Humano-Máquina desenvolvida em uma tela gráfica LCD permite ao usuário visualizar e controlar todo o sistema, de acordo com vários modos de funcionamento. Por fim, o controle da velocidade se mostrou robusto para vários testes, e a medição de velocidade se mostrou virtualmente igual ao valor real, satisfazendo os requisitos de projeto.

Through regular aerobic exercise (EFA), several organic adaptations are triggered that benefit the body. In the scope of the respiratory system, specifically, the practice of physical exercise results in a significant reduction of symptoms and intensification of ventilatory capacity, both in acute and chronic lung diseases. At the laboratory level, to simulate such situations, the EFA can be performed on a treadmill for human use. However, the adaptation performed in each study is not standardized, and the methodology used has shown a heterogeneous character. Therefore, the objective of this project is to carry out an adaptation of a treadmill (retrofitting) for human use to be a treadmill for laboratory use, and to allow for performing ergometric tests in animals, especially in mice (rats and mice). if an ESP32 microcontroller associated with an Arduino Nano microcontroller, left exclusively to measure the speed. ESP32 performs general command and control of the treadmill, as well as controls the interactive graphical user interface (IHM). The treadmill operates in three different modes: Normal, Maximum Physical Capacity Test (TCFM) and Aerobic Physical Training (TFA). The Arduino Nano is exclusively associated with the encoder, to measure the speed of the belt. This encoder is mechanically coupled by means of an adaptation carried out on the conveyor axis. The conveyor speed is the result of the measurement of the encoder and an embedded software, whose results were satisfactory. The Human-Machine Interface developed on a graphic LCD screen allows the user to visualize and control the entire system, according to various operating modes. Finally, the speed control proved to be robust for several tests, and the speed measurement proved to be virtually equal to the real value, satisfying the design requirements.