Metodologias de modelagem tridimensional associada à ergonomia uma revisão

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1 226 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade Metodologias de modelagem tridimensional associada à ergonomia uma revisão Douglas Daniel Pereira, Mestrando Jamille Noretza de Lima Lanutti, Ma. PPGDesign FAAC UNESP Galdenoro Botura Junior, Livre Docente UNESP Sorocaba-SP A Ergonomia é definida pela IEA (International Ergonomics Association) como... uma disciplina científica preocupada com a interação entre os seres humanos e outros elementos de um sistema..., cuja aplicação se dá por meio de... teorias, princípios, dados e métodos de projeto com o objetivo de otimizar o desempenho do ser humano e de todo o sistema. Assim, os ergonomistas [...] contribuem no projeto e na avaliação das tarefas, profissões, trabalho, produtos, ambientes e sistemas, a fim de torná-los compatíveis com as necessidades, as habilidades e as limitações das pessoas (IEA, 2003 apud. PASCHOARELLI, 2011, p.26). Segundo Hendrick (1993), [...] a ergonomia como ciência trata de desenvolver conhecimentos sobre as capa-

2 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade 227 cidades, limites e outras características do desempenho humano e que se relacionam com o projeto de interfaces entre indivíduos e outros componentes do sistema. Como prática, a ergonomia compreende a aplicação da tecnologia na interface homem-sistema, aos projetos ou modificações de sistemas, para aumentar a segurança, o conforto e a eficiência do sistema e da qualidade de vida (p. 43). Lopes e Naveiro (1998) afirmam que para comprovar e validar as capacidades que os produtos têm de responder as exigências de uso para o qual foram projetados é necessário à construção de modelos que possam ser testados. Este artigo tem por propósito desenvolver uma revisão teórica sobre a relação entre a modelagem e a antropometria, a fim de compreender como estes conceitos podem juntos contribuir para o desenvolvimento de novas metodologias que possam ser utilizadas em projetos do Design Ergonômico. Objetivo O uso de modelos tridimensionais acontece desde a idade média e na atualidade vem auxiliando no desenvolvimento de projetos e na melhoria dos produtos, uma vez que é fundamental ter o modelo em mãos para eventuais avaliações. Assim, o objetivo desse trabalho é investigar os ganhos envolvidos na relação da modelagem com a ergonomia, seja no desenvolvimento de modelos de produtos que possam ser testados nas várias fases projetuais, ou na construção de modelos virtuais e tradicionais onde se apliquem

3 228 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade dados antropométricos. Fundamentação Teórica A importância dos dados antropométricos Dados antropométricos servem de subsídios para o projeto de produtos e baseiam-se em padrões e dimensões do usuário para o qual o produto se destina. Iida (2005) afirma que o uso de tabelas com dados antropométricos que já estejam estabelecidos pode ser mais rápido, mas muitas vezes é necessário atentar se para uma série de fatores que podem influenciar no uso desses dados. Tais fatores estão relacionados, por exemplo, às diferenças populacionais, regionais, de faixa etária, de gênero. Exemplos de estudos encontrados na literatura se tornaram importantes referências para a área: Paschoarelli (1997) levantou dados antropométricos infantis; Menin (2009) realizou levantamento antropométrico das extremidades dos membros inferiores (EMI s) de indivíduos obesos e não obesos; e Silva (2012) realizou estudo que relacionou dados antropométricos das mãos dos sujeitos com forças biomecânicas de preensão. Portanto, dados antropométricos mostram-se uma importante ferramenta para a validação e aplicação da ergonomia no design de produtos. Do ponto de vista industrial o ideal seria a fabricação de um único tipo de produto, padronizando a produção e reduzindo os custos. Contudo, do ponto de vista do usuário/ consumidor, isso nem sempre proporciona conforto e se-

4 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade 229 gurança. A adaptação de produtos ao usuário torna-se crítica no caso de uso individual, como vestuários, calçados e equipamentos de proteção individual. Nesses casos, a falta dessa adaptação pode reduzir a eficiência do produto, justificando-se os custos industriais envolvidos (IIDA,2005). Assim, ainda na fase inicial de projeto de um produto, a Modelagem seja ela virtual ou tradicional e a adequação aos dados antropométricos do futuro usuário, são de grande importância. O design e a modelagem O Design é caracterizado como atividade projetual responsável em configurar os aspectos formais e utilitários de um produto ou sistema. Assim o desenvolvimento de novos produtos é uma atividade complexa, envolvendo diversos interesses e habilidades. Atividade esta que exige uma estratégia que minimize o risco de investimento presente no desenvolvimento do produto (BAXTER, 1998). E, neste contexto, construção de modelos físicos e representações tridimensionais (3D) de objetos e produtos é de grande importância, pois os mesmos simulam determinadas propriedades dos objetos ou produtos em estudo, permitindo corrigir defeitos e insuficiências do produto durante as etapas de projeto (PENNA, 2002). Atualmente a abundância de programas gráficos e novas tecnologias, como o CAD (Computer Aided Design), e as representações visuais por computação são consideráveis; a quantidade de trabalho, a qualidade, a precisão e a

5 230 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade velocidade com que estas representações podem ser levadas a cabo é impressionante; além disso, o avanço no processo de imagens permite ampliar ainda mais a aplicação dos sistemas computadorizados ao projeto (ABRAMS, 1990). Assim, a pesquisa e a associação da modelagem com o design corroboram para a obtenção de peças físicas acabadas, de qualquer forma e em dimensões finais, com complexidade e detalhes que permitem ao design interferir e fazer qualquer modificação em qualquer fase do projeto. A ergonomia e a modelagem Woldstad (2006) define modelos humanos digitais como sendo representações dos seres humanos geradas por computadores auxiliados por softwares 3D. E segundo este autor, estes modelos estão cada vez mais sendo usado em estudos de ergonomia e na engenharia para projetar os equipamentos e ambientes de trabalho para atender às necessidades dos usuários, tendo como vantagem o fato de permitir que o designer explore as vantagens e desvantagens potenciais de diferentes configurações de concepção sem exigir a construção de dispendiosas maquetes físicas utilizados no passado (WOLDSTAD, 2006). Woldstad (2006) ainda ressalta que o modelo digital humano pode auxiliar no posicionamento e na manipulação de diferentes tamanhos antropométricos no ambiente de trabalho, gerando uma variedade de métodos de análise. Tornando - se uma ferramenta indispensável tanto para a engenharia e o design quanto para a ergonomia. Uma vez que a ergonomia trata de estudos científicos

6 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade 231 relativos ao homem e as necessidades de conceber instrumentos, máquinas e dispositivos de maneira que possam ser utilizados de forma correta e confortável (WISNER,1987 apud. LOPES e NAVEIRO, 1998), a associação com a modelagem pode ser bastante eficaz. O presente artigo destaca estudos que envolvem o uso da modelagem tridimensional na análise e obtenção de dados antropométricos a fim de auxiliar o projeto de produtos. Como exemplo Buchholz e Armstrong (1991) com um estudo de que teve como objetivo desenvolver um modelo preditivo da mão humana para estimar os efeitos que a antropometria e o tamanho do objeto tem na postura de preensão da mão, criando um modelo cinemático. Rogers et al. (2008) realizaram um estudo cujo objetivo foi desenvolver, a partir de dados antropométricos, um modelo tridimensional da mão, em quatro posturas funcionais (figura 1). Estas posturas (figura 1) foram selecionadas para dar suporte de uma variedade de posturas funcionais usadas para o desenho de ferramentas. Sendo importante ressaltar que estas foram selecionados como posturas extremas possíveis para o uso de ferramentas manuais diversas.

7 232 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade Figura 1: Modelos 3D da mão nas 4 posturas funcionais gerado por Rogers et al. (Fonte: ROGERS et al, 2008) Neste estudo participaram 107 sujeitos, sem nenhum trauma ou lesão na mão. Os participantes tiveram a mão direita esquadrejada e marcada com 66 pontos, que em seguida com a ajuda de um scanner a mão foi digitalizada em 4 posições simulando o uso de ferramentas manuais (Figura 2).

8 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade 233 Figura 2: Modelos 3D da mão nas 4 posturas funcionais gerado por Rogers et al. (Fonte: ROGERS et al, 2008) Os modelos de mãos desenvolvidos em software 3D foram armazenados, permitindo gerar um banco de dados com diversos tamanhos de mãos e posturas que poderiam ser utilizadas em softwares 3D, na interação com ferramentas tridimensionais ainda em desenvolvimento, gerando assim possíveis melhorias em ferramentas manuais, simulando a empunhadura e o manuseio de ferramentas. Ferrario et al.(2007) realizou um estudo onde o objetivo

9 234 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade foi coletar dados antropométricos de narizes de indivíduos adultos saudáveis a fim de gerar um banco de dados de modelos tridimensionais que auxiliasse médicos e pesquisadores na avaliação de doenças relacionadas ao nariz, em cirurgias reconstrutiva ou em futuros estudos (Figura 3). Figura 3: Modelo 3D do nariz gerado por Ferrario et al. (Fonte: FERRARIO et al, 2007) Participaram desse estudo 20 sujeitos adultos (15 mulheres e 5 homens, com faixa etária entre 19 e 29 anos), sendo todos os indivíduos de uma mesma etnia e sem nenhuma história prévia de trauma craniofacial ou anomalias congênitas. Os participantes também tiveram seus narizes digitalizados a fim de se obter os pontos e medidas exatas que foram utilizadas na confecção do modelo 3D (figura 4).

10 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade 235 Figura 4: Pontos marcados nos narizes dos participantes para digitalização por no Ferrario et al. (Fonte: FERRARIO et al., 2007) Em seguida os narizes foram moldados com silicone assim um molde do nariz foi confeccionado e preenchido com gesso gerando um modelo final do nariz em gesso. Após a confecção do modelo de gesso o mesmo foi digitalizado e um modelo tridimensional foi criado a fim de se obter comparações entre os dois modelos, virtual e tradicional. Li et al. (2008) desenvolveu um estudo em três níveis: o primeiro nível foi criar um modelo tridimensional 3D da mão a partir de um scanner (Figura 5), o segundo nível foi criar o mesmo modelo tridimensional confeccionado de forma tradicional utilizando resina (figura 6), e o terceiro nível foi comparar os dois métodos dos níveis anteriores à medidas reais da mão humana.

11 236 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade Figura 5: Nuvem de pontos geradas pela digitalização da mão por Li et al (Fonte: LI et al, 2008) Foram coletadas as medidas das mãos de 40 participantes do sexo feminino, com objetivo de examinar as diferenças entre o método 3-D e método manual tradicional de se obter dados antropométricos.

12 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade 237 Figura 5: Modelo da mão em resina confeccionado por Li et al (Fonte: LI et al, 2008) Dessa forma, observando tais estudos, nota-se que a modelagem associada à ergonomia pode auxiliar na concepção e desenvolvimento de produtos e corroborar com estudos que visam à usabilidade e a funcionalidade de produtos e sistemas. Discussões e considerações finais Partindo-se de uma revisão de alguns estudos que utilizam a modelagem como metodologia na avaliação e obtenção de dados, percebe-se que os métodos utilizados pelos autores apresentam resultados de interesse aos estudos do design ergonômico. O modelo cinemático de mão desenvol-

13 238 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade vido por Buchholz e Armstrong (1991) pode ser uma ferramenta valiosa na avaliação de testes com ferramentas manuais. O autor destaca ainda que o modelo cinemático é capaz de predizer posturas de mãos em cilindros circulares e, em avaliações, também irá prever as posturas da mão sobre diversos objetos elipsoidais. O modelo será, então, usado para examinar projetos de ferramentas manuais a partir de um melhor ponto de ajuste da mão em relação à ferramenta. Outro estudo que também utilizou os dados antropométricos de mão para avaliar o uso de ferramentas manuais foi o de Rogers et al. (2008), que conclui que as 4 posturas de mão geradas podem dar subsídio para a construção de modelos de mãos que auxiliem o design no projeto de produto. Já Ferrario et al. (2007) ao analisar os modelos de narizes virtuais e tradicionais feitos em gesso, constata que tanto as dimensões obtidas tridimensionalmente podem ser comparadas as dimensões obtidas de forma tradicional pois não apresentaram diferenças. Constatou ainda que os dados obtidos nos dois procedimentos podem auxiliar pesquisadores em avaliações antropométricas e médicos em cirurgias. Já o estudo de Li et al. (2008) que, comparou o modelo virtual ao modelo tradicional e à dados antropométricos, concluiu que o método virtual e o método tradicional apresentaram compatibilidade na análise dos dados com uma leve diferença que apontou maior precisão do método virtual. No entanto, o autor atenta que novos testes devem ser realizados em outros softwares para se ter certeza em rela-

14 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade 239 ção a essa precisão. Neste sentido, nota-se que estudos que tenham metodologias que relacionam a modelagem virtual e tradicional, tem sido utilizados para gerar bancos de dados e para validar o uso da modelagem em metodologias em envolvam dados antropométricos. Estudos dessa natureza são de grande valia para o Design Ergonômico, que tem como objetivo o desenvolvimento de produtos que possibilitem uma interface segura e confortável. Uma vez que este objetivo é mais bem alcançado com o uso de metodologias que utilizem modelos devidamente testados e modificados para uma maior adaptação ao homem nas mais variadas atividades de trabalho e da vida diária. Destacando-se, neste contexto, o desenvolvimento de modelagem de partes do corpo humano, que possam ser utilizadas para testes de dimensões de produtos, bem como estudos de área de contato entre usuário e objeto, e com uso de outras tecnologias, também pressão e sensibilidade. Assim, observa-se que, esta é uma área de estudo que necessita da validação dos estudos já realizados com diferentes softwares no caso da modelagem tridimensional e diferentes materiais no caso da modelagem tradicional. E também, necessita lançar mão de novas técnicas e tecnologias, bem como do conhecimento de outras áreas, para gerar possibilidades realmente inovadoras de testes de interação, como é exemplo a robótica.

15 240 Rumos da Pesquisa no Design Contemporâneo: Relação Tecnologia Humanidade Referências 1. ABRAMS, J. G. Dibujos de presentation. México. Tilde Editores S/A, BAXTER, M. Projeto de Produto: Guia prático para o desenvolvimento de novos produtos. São Paulo. Editora Edgard Blücher Ltda BUCHHOLZ, B., ARMSTRONG, T. J. : A Kinematic model of the humam hand to evaluate its prehensile capabilities. Journal Biomechanics Vol. 25, No. 2, pp , I FERRARIO, V. F., MIAN, F., PERETTA, R., ROSATI, R., SFORZA, C. : Three-Dimensional Computerized Anthropometry of the Nose: Landmark Representation Compared to Surface Analysis. Cleft Palate Craniofacial Journal, HEN- DRICK, H.W. Macroergonomics: a new approach for improving productivity, safety and quality of work life. In: Anais do VI Congresso Brasileiro e II Congresso Latino-americano de Ergonomia. Florianópolis: Abergo, p IIDA, I. Ergonomia: projeto e produção. São Paulo. Editora Edgard Blücher, LI, Z., CHANG, C., DEMPSEY, P. G., OUYANG, L., DUAN, J. : Validation of a three- -dimensional hand scanning and dimension extraction method with dimension data. Ergonomics, Vol. 51, No. 11, November, p Londres. Taylor & Francis, LOPES, J.; NAVEIRO, R. M.; 0 Uso de Modelos Tridimensionais no Desenvolvimento de Projetos. In: Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design, 3, Anais do 3 Congresso Brasileiro de Pesquisa e Desenvolvimento em Design, Rio de Janeiro, MENIN, M.; Antropometria das Extremidades dos Membros Inferiores de Obesos: Parâmetros para o Design Ergonômico de Calçados [Dissertação de Mestrado]. Bauru: UNESP, 2009, 73p. 9. PASCHOARELLI, L. C.; O Posto de Trabalho carteira escolar como objeto de desenvolvimento da educação infantil: uma contribuição da ergonomia e do design [Dissertação de Mestrado]. Bauru: UNESP, 1997, 121p. 10. PASCHOARELLI, L. C; Usabilidade aplicada ao design ergonômico de transdutores de ultra-sonografia: uma proposta metodológica para avaliação e análise do produto [Tese de Doutorado]. São Carlos: UFSCar, 2003, 143p. 11. PASCHOARELLI, L. C. Design Ergonômico de Instrumentos Manuais: Metodologias de Desenvolvimento, Avaliação e Análise do Produto. 1. ed. São Paulo: Blucher Acadêmico, v p. 12. PENNA, E. Modelagem, modelos em design. São Paulo, Editora Catálise, 2002.

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