[en] This Final Master Project was done in the Polytechnic University of Catalunya, in the Industrial Superior Technical Engineering School of Barcelona(ETSEIB). To be specific, it was done inside the Researching Group of Biomedical Engineering (CREB), being part of the Biomechanical Engineering (BIOMEC) Lab research group. The Biomechanical Engineering Lab Research Group (BIOMEC) has been diligently working on developing a code centered around torque-driven models. This code's primary purpose is to enable the precise prediction of optimal control scenarios in the context of walking, utilizing models of varying complexity. As we delve into this thesis, it becomes evident that a more intricate model has been devised, which significantly improves the fidelity of motion simulations. This enhancement is achieved through the incorporation of muscle torque generators(MTGs) into the existing framework. The utilization of these muscle torque generators-driven models serves the dual purpose of advancing our comprehension of human movement and optimizing their practical applications. These models achieve this by substantially enhancing the realism and precision of biomechanical simulations, as they accurately replicate the dynamics of muscles operating around specific joints. In this master thesis, a sensitivity analysis on the effects of the MTG parameters on the solutions of the optimal control prediction framework developed at BIOMEC Lab is performed. This thesis, therefore, aims to establish some guidelines that clarify which MTG parameters should be personalized for simulations of musculoskeletal models. Moreover, a healthy gait cycle and a healthy squat movement is captured in order to implement this sensitivity analysis into these two motions (walking and squat) based on the MTG-driven model to understand whether the sensitivity of the optimal control solution to the MTG parameters depends on the activity. Along this thesis report, all the processes involved in the sensitivity analysis are detailed as well as the methodology used within the skeletal model used is described. For each motion, several simulations have been performed increasing and decreasing the MTG parameters value involved in each motion tracking problem. These results were evaluated against nominal data to conclude in which MTG parameters can substantially influence the solution of the tracking problem. The most influential MTG parameter was obtained to be the maximum isometric torque acting in each joint for both motions, whereas tracking the different joint coordinates, the sensitivity analysis presented some difference between the two motions. For the gait tracking problem analysis, underestimating the values of the maximum angular velocity and damping coefficient parameters during model calibration can substantially influence the solution of the tracking problem. While, for the squat motion, the most influential MTG parameter regarding the joint coordinates tracking was the damping coefficient. By the identification of the most influential MTG parameters, this thesis can provide some guidelines to personalize MTG parameters for simulations of musculoskeletal models in order to have better accurate dynamic simulations based on MTG-driven models. The contribution of this sensitivity analysis allows to understand MTG parameters influence in MTG-driven models simulations and gain knowledge in an individual's muscle torque capabilities to be used, in the future, in rehabilitations and sports applications

[es] Este trabajo final de máster fue realizado en la Universidad Politécnica de Catalunya (UPC), en la facultad de Ingeniería Técnica Superior de Barcelona (ETSEIB). Concretamente, con el grupo de investigación del laboratorio de Ingeniería Biomecànica (BIOMEC) que forma parte del Centro de Recerca de Ingeniería Biomédica (CREB) junto con otros grupos de investigación. El Grupo de Investigación del Laboratorio de Ingeniería Biomécanica(BIOMEC) ha estado trabajando diligentemente en el desarrollo de un código centrado en torque-driven models. El propósito principal de este código es permitir la predicción precisa de escenarios de control óptimo en el contexto de la marcha, utilizando modelos de variada complejidad. A medida que nos adentramos en esta tesis, se hace evidente que se ha ideado un modelo más intrincado que mejora significativamente la fidelidad de las simulaciones de movimiento. Esta mejora se logra mediante la incorporación de muscle torque generators (MTGs). La utilización de estos MTG-driven models cumple con el doble propósito de avanzar en nuestra comprensión del movimiento humano y optimizar sus aplicaciones prácticas. Estos modelos logran esto al mejorar sustancialmente el realismo y precisión de las simulaciones biomecánicas, ya que replican con precisión la dinámica de los músculos que operan alrededor de articulaciones específicas. En esta tesis, se realiza un análisis de sensibilidad sobre los efectos de los parámetros de MTG en las soluciones del marco de predicción de control óptimo desarrollado en el Laboratorio BIOMEC. Por lo tanto, esta tesis tiene como objetivo establecer algunas pautas que aclaren qué parámetros de MTG deben personalizarse para las simulaciones de modelos musculoesqueléticos. Además, se captura un ciclo de marcha saludable y un movimiento de sentadilla saludable para implementar este análisis de sensibilidad en estos dos movimientos (caminar y sentadilla) basados en el modelo impulsado por MTG para comprender si la sensibilidad de la solución de control óptimo a los parámetros de MTG depende de la actividad. A lo largo de este informe de tesis, se detallan todos los procesos involucrados en el análisis de sensibilidad, así como se describe la metodología utilizada en el modelo esquelético empleado. Para cada movimiento, se realizaron varias simulaciones aumentando y disminuyendo el valor de los parámetros de MTG involucrados en cada problema específico de movimiento. Estos resultados se evaluaron frente a datos nominales para concluir en qué parámetros de MTG pueden influir sustancialmente en la solución del problema de movimiento. El parámetro de MTG más influyente se obtuvo que era el torque isométrico máximo actuante en cada articulación para ambos movimientos, mientras que en el seguimiento de las diferentes articulaciones, el análisis de sensibilidad mostró algunas diferencias entre los dos movimientos. En el análisis de la marcha, concluye que subestimar los valores de la velocidad angular máxima y el coeficiente de amortiguación durante la calibración del modelo puede influir sustancialmente en la solución del control óptimo. Sin embargo, para el movimiento de sentadilla, el parámetro de MTG más influyente con respecto a los ángulos de las articulaciones fue el coeficiente de amortiguación. Mediante la identificación de los parámetros de MTG más influyentes en cada solución, esta tesis puede proporcionar pautas para personalizar los parámetros de MTG en simulaciones de modelos musculoesqueléticos con el fin de obtener simulaciones dinámicas más precisas basadas en modelos impulsados por MTG. La contribución de este análisis de sensibilidad permite comprender la influencia de los parámetros de MTG en las simulaciones de modelos impulsados por MTG y adquirir conocimientos sobre las capacidades musculares de un individuo que pueden utilizarse en el futuro en rehabilitación y aplicaciones deportivas