Modelo de simulación para el estudio y análisis de daños cerebrales debidos al impacto del balón en la práctica del fútbol en niños

García Miguel, Fernando (2016). Modelo de simulación para el estudio y análisis de daños cerebrales debidos al impacto del balón en la práctica del fútbol en niños. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Descripción

Título: Modelo de simulación para el estudio y análisis de daños cerebrales debidos al impacto del balón en la práctica del fútbol en niños
Autor/es:
  • García Miguel, Fernando
Director/es:
  • Félez Mindán, Jesús
  • Romero Olleros, Ignacio
Tipo de Documento: Proyecto Fin de Carrera/Grado
Grado: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Fecha: Julio 2016
Materias:
Palabras Clave Informales: Conmoción, traumatismo, fútbol, niño, balón, cabeza, cuello, captación de señal, dinámica inversa.
Escuela: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Departamento: Ingeniería Mecánica
Licencias Creative Commons: Reconocimiento - Sin obra derivada - No comercial

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Resumen

Globalmente está extendido que algunos deportes como el hockey o el fútbol americano pueden causar conmociones cerebrales que pueden derivar en enfermedades mentales, o incluso la muerte, a edades muy tempranas. En la actualidad, un deporte ha despertado el debate entre la comunidad científica: el fútbol. El debate se centra en si las repetidas conmociones como causa de rematar el balón con la cabeza pueden derivar, con el tiempo, en una pérdida de facultades mentales o algún tipo de daño cerebral. Obviamente, el principal grupo de riesgo son los niños. Esto es debido a que los posibles perjuicios de las conmociones pueden verse agravados si los huesos y músculos del individuo se encuentran en crecimiento. Además, según apuntan diversos estudios, los efectos negativos pueden ser mayores debido a una peor técnica de remate. Por estas razones, este proyecto tiene como objetivo servir de ayuda a futuras investigaciones para que, a partir de las aceleraciones de la cabeza, se pueda analizar si las conmociones cerebrales a edades entre 9 y 13 años pueden tener consecuencias mentales en la edad adulta y de qué magnitud. Las conmociones verdaderamente perjudiciales tienen lugar con impactos del balón a velocidades elevadas. Debido a la gran dificultad de realizar ensayos para medir directamente las aceleraciones en tales condiciones, incluso debido también a la peligrosidad de realizarlas, se ha planteado como propuesta realizar un modelo de simulación desarrollado en Matlab, en el cual, introduciendo una velocidad y dirección del balón determinada, se muestren la aceleración lineal y angular en cualquier punto de la cabeza ante el impacto del balón. En el presente proyecto, se ha desarrollado el modelo de simulación bajo las siguientes hipótesis: el impacto tiene lugar de forma frontal, la cabeza describe una trayectoria circular con el centro instantáneo de rotación situado aproximadamente en la parte inferior del cuello, y la actuación del cuello puede ser simulada a través de dos muelles-amortiguadores con coeficientes de elasticidad y amortiguamiento dependientes de la deformación y velocidad de los mismos simulando el comportamiento de los músculos del cuello. La caracterización del modelo se puede englobar en tres puntos: las propiedades anatómicas, es decir, las dimensiones, masa e inercia de la cabeza; el cálculo del centro instantáneo de rotación y la estimación de los coeficientes de elasticidad y amortiguamiento de los muelles amortiguadores correspondientes a los músculos del cuello. Para los dos últimos, se han realizado una serie de ensayos de impactos frontales del balón, a baja velocidad, sobre un niño de 11 años cuyas dimensiones de la cabeza han sido utilizadas para completar el modelo. Sin embargo, la masa e inercia han debido ser estimadas debido a la imposibilidad de realizar una medida directa. En cuanto al centro instantáneo de rotación, éste se corresponde con el centro de la circunferencia que, por medio de un método de mínimos cuadrados, mejor aproxima la trayectoria que describe la cabeza durante el impacto. Para obtener dicha trayectoria, se ha empleado un sensor acelerómetro-giroscopio haciendo uso de la plataforma Arduino. El uso de esta tecnología está justificado por la alta frecuencia de muestreo que ofrece, 500 Hz, frente a la frecuencia que se podría obtener a través de métodos como la grabación de vídeo convencional a 60 capturas por segundo. El cálculo de los coeficientes de elasticidad y amortiguamiento debe realizarse a partir de las fuerzas que ejercerían los muelles-amortiguadores que simulan el comportamiento de los músculos del modelo bajo las condiciones registradas en los ensayos. El alcance del proyecto abarca hasta la obtención de dichas fuerzas, mediante un procedimiento de dinámica inversa a través de Matlab Simmechanics. En futuros proyectos, sería interesante realizar nuevos ensayos que, mediante el mismo procedimiento planteado, dieran lugar a nuevos resultados de fuerzas en los muelles amortiguadores que permitieran estimar sus respectivos coeficientes de elasticidad y amortiguamiento. En ese momento, se completará el modelo de simulación, dando lugar a la posibilidad de obtener las aceleraciones lineales y angulares en cualquier punto de la cabeza ante un impacto del balón a cualquier velocidad y dirección.

Más información

ID de Registro: 43132
Identificador DC: http://oa.upm.es/43132/
Identificador OAI: oai:oa.upm.es:43132
Depositado por: Biblioteca ETSI Industriales
Depositado el: 26 Sep 2016 10:26
Ultima Modificación: 26 Sep 2016 10:29
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