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Artigo de método

Um Aparelho de Baixo Custo para Medir as Relações Força-Velocidade Muscular

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⸱

DOI:

10.3791/71757

⸱

14 de agosto de 2026

 , 
1Department of Biological Sciences, University of Massachusetts Lowell

Neste artigo

Resumo

Foi desenvolvido um aparelho acessível e de baixo custo para medir as relações força–velocidade–potência muscular humana, utilizando materiais baratos, uma engrenagem impressa em 3D, um acelerômetro de smartphone e software livre em Python. A validação frente a um ergômetro padrão-ouro demonstrou medições fisiologicamente relevantes, ao mesmo tempo que ofereceu oportunidades equitativas de aprendizado prático em um ambiente de sala de aula universitária.

Resumo

A relação entre força muscular, velocidade contrátil e potência representa um paradigma com quase um século na fisiologia e um pilar fundamental da nossa compreensão da função musculoesquelética. No entanto, esse paradigma raramente é estudado diretamente em salas de aula de fisiologia e biomecânica devido ao custo proibitivo dos equipamentos necessários. Este estudo teve como objetivo projetar e validar um aparato de baixo custo utilizando um sistema de polia impresso em 3D, que incorpora um mecanismo de catraca e engrenagem, podendo ser facilmente construído e configurado para coletar dados de força–velocidade–potência dos músculos dos dedos humanos por meio do acelerômetro de um smartphone, utilizando o aplicativo gratuito Phyphox. Um script personalizado em Python converte as medidas brutas do acelerômetro em saídas de velocidade e potência, que são então comparadas, sujeito por sujeito, com as medidas obtidas usando um sistema de alavanca de modo duplo considerado padrão-ouro. Comparações pareadas de cinco variáveis resumo (força máxima, Fmax; velocidade máxima, Vmax; potência máxima, Pmax; velocidade ótima, Vopt; e curvatura da relação força–velocidade, a/Fmax) revelaram diferenças estatisticamente não significativas entre os dados de força–velocidade–potência coletados com os dois aparelhos (testes t pareados, p > 0,05). Assim, sem redução significativa na qualidade dos dados, o aparato de baixo custo oferece um meio acessível, seguro e economicamente viável para ensinar e estudar princípios biomecânicos e fisiológicos. Esse aparato tem o potencial de democratizar o ensino de fisiologia muscular e biomecânica, especialmente em ambientes educacionais subfinanciados e com recursos limitados em todo o mundo.

Introdução

O músculo estriado é o motor que gera o movimento esquelético em humanos e outros animais. O entendimento de sua composição hierárquica única é complicado por fatores multiescala que influenciam a geração de força e a produção de trabalho1,2. Talvez devido a essas complexidades, a função muscular possa ser um componente subpriorizado nos currículos de anatomia e fisiologia, porque os educadores carecem das ferramentas necessárias para demonstrar adequadamente os aspectos mais fundamentais e fascinantes da função muscular3,4,5,6.

A função muscular historicamente tem sido descrita por meio de vários paradigmas duradouros, nenhum mais amplamente reconhecido do que o compromisso entre força e velocidade, primeiramente caracterizado quase um século atrás por Archibald Vivian Hill1,2,3,4,5,6. Essa relação fisiológica fundamental descreve o compromisso entre a velocidade de contração muscular e a força, em que contrações isométricas ou com encurtamento muito lento geralmente são as mais fortes, produzindo a força máxima do músculo (Fmax), enquanto as contrações isotônicas mais rápidas, que se aproximam da velocidade máxima do músculo (Vmax), normalmente são as mais fracas1. Quando Hill descreveu a relação força–velocidade–potência (FVP) em 1938, ele introduziu uma função que ainda leva seu nome. A equação de Hill (Equação 1) relaciona a força de pico gerada durante uma contração isométrica (com extremidades musculares fixas) à velocidade de pico alcançada na ausência de uma carga externa.

Equação 1: (v + b) (F + a) = b (Fmax + a)

em que v é a velocidade de encurtamento, F é a força muscular, Fmax é a força isométrica máxima, e a e b são constantes que descrevem a relação força–velocidade e as propriedades energéticas do encurtamento muscular1.

Inseridos nessa relação fundamental estão vários conceitos-chave da função muscular representados por cinco parâmetros quantitativos que definem a relação FVP. O produto da força muscular instantânea e da velocidade é a potência, que normalmente atinge um valor máximo (Pmax) em aproximadamente um terço de Vmax7. A velocidade na qual ocorre Pmax é denominada velocidade ótima (Vopt), e sua localização dentro da faixa de velocidades de encurtamento (de V0 a Vmax) é uma característica importante das relações força–velocidade e potência–velocidade. Por exemplo, um Vopt maior resulta na potência máxima sendo gerada em uma velocidade de encurtamento mais alta. Na própria relação força–velocidade, a força máxima (Fmax) e a velocidade máxima (Vmax) estão conectadas por relações intermediárias força–velocidade de maneira curvilínea (Figura 5A). Relações representativas de força–velocidade e potência–velocidade obtidas com a metodologia atual são apresentadas na Figura 1. A inclinação dessa curva é denominada curvatura da relação força–velocidade, que descreve a taxa de declínio da força com o aumento da velocidade. A curvatura é definida como a/Fmax8, onde a é a constante termodinâmica na equação de Hill que quantifica a geração de calor friccional por um músculo encurtando sem carga1. A curvatura influencia a posição de Vopt na curva força–velocidade e determina quanta força um músculo pode gerar em uma determinada velocidade de encurtamento. A curvatura também tem sido descrita utilizando a razão de potência muscular (Equação 2)9.

Equação 2:  Equação da razão de eficiência, Pmax/vmax*Fmax, para análise de sistemas mecânicos.

em que Pmáx é a potência máxima do músculo, e Vmáx e Fmáx são a velocidade máxima de encurtamento e a força isométrica máxima, respectivamente.

A natureza intuitiva das relações força-velocidade e potência-velocidade oferece pontos de entrada eficazes ao ensinar a função muscular na sala de aula de ciências da vida. A importância de proporcionar aos alunos oportunidades práticas para desenvolver uma compreensão mais completa das relações FVP é reforçada pelo fato de que a aprendizagem prática tem demonstrado melhorar a retenção de conhecimento10. Além disso, sabe-se que a aprendizagem experimental fortalece a base para avaliar a função muscular, tanto em um contexto científico fundamental quanto como preparação para profissões na área da saúde, incluindo prevenção de lesões, reabilitação e treinamento físico.

Instrumentos tradicionais para testar propriedades fisiológicas musculares, como sistemas de alavanca servocontrolados de modo duplo, são altamente precisos e exatos, mas apresentam custos proibitivos e, portanto, representam barreiras significativas para sua implementação na maioria dos ambientes de sala de aula7. Para superar essas limitações e ampliar as oportunidades de aprendizagem prática, foi desenvolvida uma alternativa de baixo custo. O aparelho é construído em torno de uma polia impressa em 3D que incorpora um mecanismo de catraca e engate, utilizando trilhos de alumínio entalhados prontos para uso, fio rígido e um smartphone montado em um suporte portátil, executando um aplicativo gratuito de aquisição de dados (Figura 2). Optou-se pelo smartphone em vez de dispositivos dedicados de medição de aceleração porque os smartphones são amplamente disponíveis e geralmente possuem acelerômetros precisos e robustos11. A utilidade dos smartphones como dispositivos científicos de medição já foi demonstrada anteriormente, incluindo a incorporação de um acelerômetro de smartphone comercialmente disponível na unidade de medição inercial do helicóptero Ingenuity em Marte12.

Embora existam algumas ferramentas de baixo custo para o ensino da fisiologia muscular, elas abordam conceitos diferentes: Judge et al.6 desenvolveram atividades acessíveis baseadas no SpikerBox para registrar a atividade elétrica muscular, e Medeiros et al.10 criaram um modelo bidimensional de sarcômero de baixo custo para demonstrar a mecânica relacionada à titina. No entanto, nenhuma ferramenta existente de baixo custo permite que os alunos meçam diretamente as relações FVP de um músculo humano em contração e gerem dados quantitativos comparáveis aos da pesquisa. O aparelho aqui apresentado tem como objetivo preencher essa lacuna, fornecendo medições de FVP validadas por padrão-ouro por menos de 300 dólares.

O presente estudo relata a construção de um aparelho de PVM de baixo custo com uma validação cruzada frente ao padrão ouro da indústria. As análises de validação baseiam-se em comparações pareadas das cinco variáveis sumárias de PVM reconhecidas, medidas nos mesmos indivíduos em ambos os aparelhos. As análises testam a hipótese de que ambos os aparelhos geram curvas equivalentes de força-velocidade e potência-velocidade. Com uma validação cruzada bem-sucedida, o aparelho de baixo custo pode democratizar os estudos em sala de aula da fisiologia muscular e da biomecânica musculoesquelética, reduzindo a barreira financeira para a aquisição de equipamentos, mantendo ao mesmo tempo a precisão experimental e, portanto, o rigor científico. Espera-se que o aparelho de baixo custo possa inspirar e capacitar estudantes e educadores em salas de aula de fisiologia e biomecânica em todo o mundo, que já estudam e ensinam a anatomia muscular, a explorar práticamente uma das relações mais fundamentais do músculo. Ao incluir uma atividade prática para a geração de medidas fisiológicas, as salas de aula podem alcançar uma compreensão multimodal e uma melhoria na retenção do conhecimento.

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Protocolo

Todos os experimentos que constituem a base desta publicação foram aprovados pelo Comitê de Ética Institucional da Universidade de Massachusetts Lowell (Protocolo nº 21-163-KON-XPD).

OBSERVAÇÃO: O aparato utiliza um smartphone suspenso com cargas externas por meio de um sistema de polia impresso em 3D. Os dados de aceleração são coletados a 100 Hz usando um aplicativo de aquisição de dados baseado em smartphone. A força é calculada multiplicando-se a massa combinada do smartphone e da carga externa pela aceleração. A velocidade é obtida integrando-se a aceleração, e a potência é calculada como o produto da força pela velocidade (Arquivo de Código Suplementar 1).

1. Montagem do aparelho

  1. Prenda duas hastes curtas de alumínio na parte inferior de uma haste longa de alumínio utilizando conectores para estrutura de alumínio. Posicione as hastes curtas aproximadamente a 8 cm de cada extremidade da haste longa para formar uma base estável e rígida.
    NOTA: Este conjunto será denominado doravante como estrutura.
  2. Monte o suporte da polia
    1. Posicione um bloco grande de cloreto de polivinila celular com o lado de 7 in orientado verticalmente e o lado de 6,75 in orientado horizontalmente.
    2. Meça 2,75 in a partir do canto inferior esquerdo ao longo da borda esquerda e marque a posição.
    3. Meça 2,75 in a partir do canto superior esquerdo ao longo da borda superior e marque a posição.
    4. Trace uma linha reta conectando os dois pontos marcados.
    5. Corte ao longo da linha marcada e remova a seção triangular resultante.
    6. Faça um furo de 7/16 in a 1,25 in do canto superior direito.
    7. Repita os passos 1.2.1–1.2.6 para o segundo bloco grande.
    8. Posicione o bloco pequeno de cloreto de polivinila celular atrás da estrutura.
    9. Fixe ambos os blocos grandes ao bloco pequeno de modo que fiquem separados por 8 in. Oriente os cortes diagonais acima do bloco pequeno e posicione os furos perfurados além da borda do bloco pequeno.
  3. Prenda firmemente o suporte da polia ao canto de uma mesa ou bancada.
    NOTA: Posicione o suporte de forma que a polia se projete além da borda da mesa. Isso evita que os pesos suspensos e o smartphone entrem em contato com as pernas da mesa durante as contrações.
  4. Monte e fixe o apoio para o antebraço
    1. Corte o bloco de apoio para o antebraço de 14 in em três peças, consistindo em duas seções de 1,5 in e uma seção de 3,5 in.
    2. Faça um entalhe de 2 in x 1/8 in na superfície superior de cada seção menor, posicionando o entalhe a 1 in da borda frontal.
    3. Fixe as seções menores na parte inferior da seção maior em ambas as extremidades. Alinhe os entalhes entre si.
    4. Cubra a superfície superior da seção maior com fita de velcro (fecho de gancho e laço).
    5. Passe a tira para o antebraço através dos dois entalhes.
    6. Fixe o apoio para o antebraço à estrutura utilizando parafusos e porcas tipo T embutidas. Posicione o apoio a 14 in do suporte da polia, com a tira para o antebraço voltada para longe da polia.
  5. Insira rolamentos de esferas nas ranhuras dos componentes da engrenagem interna e da engrenagem externa (Arquivo Suplementar 1).
  6. Passe uma correia dentada de 40 cm pela ranhura lateral do componente da engrenagem interna. Forme um laço com sobreposição de 2 cm e fixe a sobreposição dentro da ranhura.
  7. Passe o eixo metálico pelo suporte esquerdo da polia, um travador, o componente da engrenagem interna, o componente de transmissão de força, o componente da engrenagem externa, um segundo travador e o suporte direito da polia.
    NOTA: Oriente a ranhura lateral do componente da engrenagem interna em direção à estrutura. Posicione ambos os travadores a 1 mm de cada lado do conjunto da polia.
  8. Instale dois travadores adicionais no eixo, posicionando cada um a 1 mm dos suportes da polia para evitar movimento lateral.
  9. Passe um fio de aço multifilamentar de 40 cm pelo suporte para o dedo e fixe-o com um prego de crimpagem. Passe a outra extremidade pelo mosquetão A e fixe-o com um segundo prego de crimpagem.
    NOTA: Os mosquetões A e B são idênticos e estão rotulados apenas para identificação durante a montagem.
  10. Conecte o componente da engrenagem interna ao mosquetão A utilizando a correia dentada acoplada. Fixe a sobreposição com a Chave A.
    NOTA: As Chaves A, B e C são idênticas. Chaves adicionais podem ser impressas, pois são projetadas como componentes sacrifícios que falham antes de outras partes do equipamento sofrerem danos.
  11. Passe um fio de aço multifilamentar de 10 cm ao redor do mosquetão A e fixe-o com um prego de crimpagem. Passe a outra extremidade ao redor de um conector de estrutura de alumínio, crimpando o fio, e fixe o conector à estrutura.
    NOTA: Este conjunto será denominado doravante como parafuso de segurança.
  12. Crie um laço usando 40 cm de correia dentada com sobreposição de 2 cm e insira o laço na Chave B. Passe a outra extremidade ao redor do mosquetão B e fixe a sobreposição utilizando a Chave C.
  13. Insira a Chave B no nível mais largo do componente da engrenagem externa.
  14. Fixe o suporte para smartphone ao mosquetão B utilizando a alça do bracelete ou as aberturas para cabo de fone de ouvido.
  15. Suspenda o peso inicial desejado no mosquetão B utilizando um fio de aço com laço e crimpagem.

2. Configuração da aquisição de dados

  1. Instale o aplicativo de aquisição de dados em um smartphone equipado com acelerômetro.
  2. Abra o módulo Aceleração (sem g).
  3. Coloque o smartphone no suporte de braçadeira preso ao mosquetão B.
  4. Colete os dados conforme a seção 3.
  5. Exporte os dados gravados como um arquivo .xls. Atribua um nome de arquivo exclusivo correspondente ao participante.
  6. Transfira o arquivo .xls para um computador com acesso à internet.
  7. Processe os dados usando o Arquivo de Código Suplementar 1
    NOTA: O script calcula a velocidade usando a integração de Euler progressiva da aceleração vertical medida (Equação 3). A posição é calculada usando a equação cinemática de aceleração constante (Equação 4). Os cálculos utilizam valores brutos de aceleração, sem suavização ou filtragem.
    Equação 3: vi = vi-1 + ai ∆t
    Equação 4:  Equação de movimento da física: \( p_i = p_{i-1} + v_{i-1} \Delta t + \frac{1}{2} a_i \Delta t^2 \); análise dinâmica.
    1. Instale o Arquivo de Código Suplementar 1.
    2. Instale o Python no computador usado para o processamento de dados.
    3. Abra uma janela de terminal e execute: pip install streamlit pandas matplotlib scipy openpyxl xlrd.
    4. Navegue até a pasta que contém o Arquivo de Código Suplementar 1 e execute: streamlit run muscle_velocity_gui.py.
      NOTA: Ao usar o Windows PowerShell, execute: python -m streamlit run muscle_velocity_gui.py. Se for solicitado um endereço de e-mail, deixe o campo em branco e pressione Enter.
    5. Clique em Carregar e selecione o arquivo .xls exportado.
    6. Clique em Processar Dados para carregar e analisar o conjunto de dados.
    7. Revise os gráficos de aceleração, velocidade e posição gerados para o primeiro ensaio.
    8. Selecione os picos detectados correspondentes a contrações musculares válidas usando as caixas de seleção adjacentes a cada pico.
      NOTA: Picose válidos geralmente ocorrem antes de a curva de aceleração se tornar negativa e estão associados a valores positivos de velocidade e posição. O algoritmo automatizado de detecção de picos pode identificar incorretamente picos e, portanto, exige verificação manual.
    9. Ajuste os parâmetros de detecção de picos
      NOTA: Se o software não identificar corretamente os picos, expanda Ajustes Avançados > Parâmetros de Detecção de Picos e ajuste as configurações de detecção.
      1. Ajuste o Limiar de Zero para definir a faixa de aceleração considerada estacionária.
        NOTA: Aumente este valor quando as curvas de aceleração contiverem ruído excessivo. O limiar é exibido como linhas de referência vermelhas no gráfico de aceleração. Valor padrão = 0,30. Faixa sugerida = 0,10–5,00.
      2. Ajuste o Velocidade Mínima para Pico para definir o pico de velocidade mínimo aceito.
        NOTA: Diminua este valor se picos válidos forem excluídos. O limiar é exibido como a linha de referência verde inferior no gráfico de velocidade. Valor padrão = 0,30. Faixa sugerida = 0,10–10,00.
      3. Ajuste o Escopo de Zero para definir o número mínimo de amostras consecutivas de aceleração próximas de zero necessárias para identificar um período estacionário.
        NOTA: Diminua este valor se as curvas de velocidade e posição não se restabelecerem. Valor padrão = 10. Faixa sugerida = 3–25.
      4. Ajuste o Velocidade Máxima para Pico para definir o pico de velocidade máximo aceito.
        NOTA: Aumente este valor se picos válidos excederem o limiar. O limiar é exibido como a linha de referência verde superior no gráfico de velocidade. Valor padrão = 10,00. Faixa sugerida = 10,00–30,00.
      5. Ajuste a Distância Mínima entre Picose para definir o número mínimo de amostras entre picos detectados.
        NOTA: Valor padrão = 2. Faixa sugerida = 1–10. A modificação geralmente não é necessária.
      6. Ajuste a Prominência Mínima do Pico para definir a prominência exigida para a detecção do pico.
        NOTA: Valores mais baixos aumentam a sensibilidade e podem identificar picos adicionais. Valor padrão = 0,10. Faixa sugerida = 0,01–0,90. A modificação geralmente não é necessária.
    10. Após identificar todos os picos válidos para o ensaio atual, clique em Próximo para avançar para o próximo ensaio.
    11. Repita os passos 2.7.7–2.7.10 até que todos os ensaios tenham sido processados.
      NOTA: Não modifique os parâmetros de detecção de picos após o processamento do primeiro ensaio. Se for necessário alterar os parâmetros, repita a análise de todos os ensaios previamente processados usando as configurações atualizadas.
    12. Copie os dados de velocidade e aceleração selecionados para uma planilha para análises subsequentes de força–velocidade–potência.

3. Protocolo experimental

  1. Fixe o antebraço do participante no apoio de braço usando a tira do antebraço. Aperte a tira o suficiente para impedir que o antebraço se mova para frente.
  2. Coloque o suporte para o dedo no polegar do participante e aperte-o firmemente.
  3. Remova a folga do sistema de polia girando a polia por meio do mecanismo de catraca até que a correia de sincronização esteja esticada.
    NOTA: O mecanismo de catraca produz um clique audível ao avançar entre as posições.
  4. Deslize o pino de segurança em direção à polia até que o fio que conecta o pino de segurança e o mosquetão A esteja esticado.
  5. Selecione dois pesos de massa aproximadamente igual, cada um pesando cerca de 1,25 kg.
  6. Sequência fixa de testes
    1. Teste o nível maior, o nível médio e o nível menor usando um peso e o smartphone.
    2. Teste o nível menor, o nível médio e o nível maior usando dois pesos e o smartphone.
    3. Teste o nível maior e o nível menor usando apenas o smartphone.
      NOTA: Utilize a mesma sequência para todos os participantes para minimizar o viés relacionado à fadiga.
  7. Toque em Iniciar Gravação no aplicativo de aquisição de dados.
  8. Instrua o participante a contrair o polegar tão rapidamente e com tanta força quanto possível.
    NOTA: A motivação do participante pode afetar substancialmente o desempenho. Forneça incentivo verbal consistente durante todo o teste para promover esforço máximo.
  9. Pare a gravação dos dados após cada tentativa. Ajuste o nível da polia e a condição de carga de acordo com a sequência estabelecida na etapa 3.6.
  10. Retome a gravação dos dados e repita as etapas 3.8–3.9 até que todas as oito combinações de nível de polia e carga tenham sido concluídas.
  11. Monitore o participante durante todo o teste e repita tentativas afetadas por movimento excessivo do braço ou esforço incompleto.
  12. Revise o traçado de aceleração após cada tentativa.
    NOTA: Repita tentativas que apresentem picos anormalmente baixos de aceleração inicial, oscilações excessivas ou movimento contínuo do smartphone entre as contrações, pois essas condições podem comprometer a qualidade dos dados.
  13. Registre anotações para cada tentativa, incluindo tentativas repetidas ou excluídas, para facilitar a análise subsequente dos dados.

4. Uso de cicloergômetro como padrão-ouro

  1. Configurar o ergômetro padrão-ouro
    1. Ligue o computador e inicie o software de aquisição de dados. Abra o arquivo de procedimento do sistema de alavanca de modo duplo.
    2. Defina a força de compensação em 10 e o comprimento de compensação em 9 na unidade de controle da alavanca.
    3. Ligue o sistema de alavanca de modo duplo e a unidade de aquisição de dados.
    4. Verifique o funcionamento adequado do motor girando suavemente a alavanca e confirmando a presença de resistência.
    5. Passe 40 cm de arame de aço multificado pelo segundo orifício a partir da base da alavanca e fixe o arame utilizando um grampo prensado.
    6. Enrole a extremidade oposta do fio através do suporte para o dedo e fixe o fio usando um grampo.
    7. Prenda o sistema de alavanca bimodal ao quadro 3 na frente do apoio de braço.
  2. Fixe o antebraço do participante no apoio de braço e posicione o polegar dentro do suporte para dedos.
  3. Deslize o braço do participante para frente até que o polegar atinja a flexão máxima e o cabo esteja sob leve tensão.
  4. Ajuste a tira do antebraço suficientemente para impedir o movimento do braço nas direções anterior ou lateral.
  5. Configurar as configurações de aquisição de dados
    1. Aberto Dispositivo de Controle de Varredura Dev6.
    2. Definir Número de Amostras para 60,000.
    3. Definir Média das Amostras para 1.
    4. Definir Período da Amostragem para 0.0001.
    5. Definir Converter Período para 0.
    6. Definir Amostras Pós-Gatilho para 0.
    7. Definir Fonte de Gatilhamento de Referência para /Dev6/PFI1.
    8. Definir 2x Tipo para Digital.
    9. Definir 2x Alavanca1 para 0.
    10. Definir 2x Alavanca2 para 0.
    11. Definir Modo para One Shot.
    12. Definir Retornar Imediatamente para Desligado.
    13. Definir Iniciar Disparador para Desligado.
    14. Definir Fonte do Gatilho para /Dev6/PFI0.
    15. Definir Relógio de Amostra para Desligado.
    16. Definir Fonte de Relógio para /Dev6/PFI7.
    17. Definir Converter Relógio para Desligado.
    18. Definir Converter Fonte de Relógio para /Dev6/PFI2.
    19. Selecionar Canal 1 + Canal 2 sob Selecionar canais para digitalização.
  6. Clique em Iniciar em Dispositivo de Controle de Varredura e instrua o participante a contrair o polegar tão rapidamente e com tanta força quanto possível.
    OBSERVAÇÃO: A motivação do participante pode afetar substancialmente o desempenho. Forneça incentivo verbal consistente durante todo o teste para promover esforço máximo.
  7. Clique em ObterOndas e salve os dados resultantes usando o identificador do participante e o valor atual do deslocamento de força.
    OBSERVAÇÃO: Para a primeira contração, o deslocamento de força é 10.
  8. Reduza o deslocamento de força em incrementos de 1,0.
    NOTA: Exemplo de progressão: 10.0 > 9.0 > 8.0.
  9. Repita os passos 4.6 a 4.8 até que o motor não ofereça resistência perceptível ao movimento do polegar.
  10. Extraia os valores de força máxima e velocidade máxima de cada ensaio utilizando o procedimento de análise descrito em Arquivo de Código Suplementar 2.

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Resultados

Os dados de força–velocidade e potência–velocidade foram coletados de uma amostra de estudantes de graduação (N = 15) utilizando tanto o ergômetro padrão-ouro quanto o equipamento de baixo custo, a fim de avaliar as saídas funcionais de cada sistema sob um protocolo experimental idêntico. Os dados individuais dos participantes são apresentados na Figura 1, e os dados resumidos para cada aparelho estão mostrados na Figura 3.

O equipame...

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Discussão

Um aparelho de baixo custo foi validado como uma alternativa aos ergômetros padrão-ouro para medir as relações força-velocidade e potência-velocidade dos músculos humanos em sala de aula.

Os resultados de validação apoiam a afirmação de que um equipamento de baixo custo, e portanto mais acessível do ponto de vista econômico e tecnológico, pode gerar medições estatisticamente indistinguíveis daquelas obtidas com um ergômetro padrão-ouro. A capacidade do equipamento de baixo custo de gerar relaç...

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Divulgações

Os autores não têm divulgações a declarar.

Agradecimentos

Os autores agradecem aos estudantes matriculados em Biologia do Músculo (UML BIOL4890, 2023–2025) e aos estudantes da Lawrence High School (Lawrence, MA) por participarem do projeto final que serviu de base para esta tese de honra (GC). Também agradecem a Matthew Borokowski, da Aurora Scientific, pelo apoio contínuo, e a Victoria Flint e Samuel DeLap pelos esforços iniciais no desenvolvimento e implantação do módulo de flexores dos dedos para o curso da UML. Os autores também agradecem a Daniel Bartlett e Darrell La pela assistência com abordagens de análise. Financiado por uma bolsa da UMass Lowell Honors College (para GC) e pela National Science Foundation (prêmio 2217246), bem como por verbas iniciais da UMass Lowell (para NK).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Pesos de 1,25 kgNEXO FitnessASIN: B09JHQ6QB8Pode ser substituído por pesos genéricos de aproximadamente 1-2 kg
quantidade necessária: 2
Correia de sincronização para impressora 3D‎Correia para impressora 3D de 10 mASIN: B08974S1CCPode ser substituída por correias genéricas de sincronização para impressora 3D: passo de 2 mm, largura de 6 mm, feitas de borracha e fibra de vidro
quantidade necessária: 1
3DPart1 - Engrenagem InternaN/AN/AConsulte os arquivos STL suplementares - Imprimir em ABS
quantidade necessária: 1
3DPart2 - Engrenagem ExternaN/AN/AConsulte os arquivos STL suplementares - Imprimir em ABS
quantidade necessária: 1
3DPart3 - ChaveN/AN/AConsulte os arquivos STL suplementares - Imprimir 3-5 vezes em ABS
quantidade necessária: 1
3DPart4 - Suporte de ForçaN/AN/AConsulte os arquivos STL suplementares - Imprimir em PLA
quantidade necessária: 1
Viga de alumínio longa80/20 inc10201 in x 2 in x 32 in
quantidade necessária: 1
Viga de alumínio curta80/20 inc10101 in x 1 in x 12 in
quantidade necessária: 2
Fixador para estrutura de alumínio / Parafuso de segurança80/20 inc4108 quantidade necessária: 3
Protetor de braço FEATOLASIN: B0CGX8QZ3CPode ser substituído por um protetor de braço genérico
quantidade necessária: 1
Bloco de cloreto de polivinila celular para apoio de braçoAzek board8/4 X Thickness Traditional Only14 in x 6 1/2 in x 3/4 in
quantidade necessária: 14
GateadoresRewoalzxASIN:  B0FB3VYV3N quantidade necessária: 2
Mancais de esferas de aço com liga de cromouxcellUXCELL 6900 2RS - ASIN: B07FVX92MJDimensões: diâmetro interno 10 mm, diâmetro externo 22 mm, largura 6 mm.
quantidade necessária: 1
Excel/Folha de cálculoMicrosoftExcelPode ser substituído por qualquer software de planilha
quantidade necessária: 1
Protetor de dedoSopitoASIN:  B0B5C6RWR4 Pode ser substituído por um protetor de dedo genérico
quantidade necessária: 1
IGOR 8 PROWavemetrics.com8 PROUtilizado com equipamentos da Aurora Scientific e para cálculo de a/Fmax.
quantidade necessária: 1
Placa grande de cloreto de polivinila celularAzek board8/4 X Thickness Traditional Only6 3/4 in x 7 in x 3/4 in
quantidade necessária: 2
Eixo metálicoGenéricoASIN: B0CC8T8X77Haste de aço com 9,97 mm de espessura e 45 cm de comprimento.
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Fio de aço multifilamentar Catch All TackleASIN: B00JTWDSQSDiâmetro de 1,4 mm, classificação de 400 lb
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Suporte para telefoneTribeASIN: B00SXRXUFEquantidade necessária: 1
Aplicativo PhyphoxPhyphox.orgN/ABaixar na Apple App Store ou Google Play Store
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Script PythonN/AN/APode ser baixado: Documento Suplementar 1 muscle_velocity_gui.py
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Placa pequena de cloreto de polivinila celularAzek board8/4 X Thickness Traditional Only1 in x 3 1/4 in x 3/4 in
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SmartphoneAppleIPhone 11Pode ser substituído por qualquer smartphone com acelerômetro
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Abraçadeiras para fio de açoCatch All TackleASIN: B00JTWDSQSClassificação de 400 lb
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TampõesBefenybayASIN: B0B1C6BPKQdiâmetro interno 10 mm, diâmetro externo 20 mm, largura 20 mm
quantidade necessária: 2

Referências

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