97903 - BIOMECCANICA COMPUTAZIONALE

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2021/2022

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente si impadronisce degli strumenti computazionali avanzati per l'analisi del sistema muscolo-scheletrico intatto ed in presenza di dispositivi protesici. Impara ad integrare i dati provenienti da immagini con i modelli biomeccanici. Cross-validazione con risultati ottenuti da sperimentazione in-vitro ed in-vivo. Acquisisce comprensione teorico-pratica della meccanica dei continui e del metodo agli elementi finiti, nonché dei metodi numerici per la modellazione ad elementi finiti di problemi non lineari quali grandi spostamenti, contatto, plasticità, ecc. Familiarizza con programmi commerciali diffusamente impiegati. Sviluppa capacità di formulare e risolvere problemi di biomeccanica strutturale e funzionale.

Contenuti

Con l'inizio del nuovo curriculum Biomeccanica per l'ingegneria meccanica, abbiamo riorganizzato le nostre lezioni di biomeccanica. Il nuovo corso integrato di “Biomeccanica” è organizzato in due corsi da sei crediti denominati “Biomeccanica Sperimentale” e “Biomeccanica Computazionale”. Quest'ultimo è la fusione di due precedenti corsi, uno con lo stesso nome e uno chiamato “Biomeccanica della Funzione Motoria”.

Lezioni preregistrate: poiché frequentano questo modulo studenti con background diverso, offriamo una serie di lezioni preregistrate su aspetti fondamentali che sono necessari per il resto del corso:

- Cenni di fisiologia dell’apparato muscoloscheletrico

- Cenni di calcolo tensoriale e meccanica dei solidi

- Il metodo degli elementi finiti

- Modellazione della funzione motoria - 1a parte

- Modellazione della funzione motoria - 2a parte

- Metodi per la misura del movimento

Le lezioni dal vivo tratteranno i seguenti argomenti:

- Introduzione al corso, si può predire la natura?

- Introduzione alla medicina in Silico

- Meccanobiologia scheletrica

- Modellazione del controllo motorio

- Modellazione del controllo sub-ottimo

- Modellazione stocastica

- Applicazioni:

o Predizione rischio frattura ossea

o Predizione fallimento protesi

o Modellazione della cinematica del rachide

o Diagnosi differenziale della dinapenia

- Credibilità dei modelli predittivi parte 1

- Credibilità dei modelli predittivi parte 2

Testi/Bibliografia

Viceconti, M. Multiscale Modeling of the Skeletal System. Cambridge University Press, ISBN: 978-0521769501.

Latash, M. L. Fundamentals of Motor Control. Academic Press, ISBN: 978-0124159563.

Metodi didattici

Il corso è organizzato in tre componenti: lezioni preregistrate, per allineare il background di tutti gli studenti; lezioni dal vivo per la didattica frontale; laboratorio pratico di modellazione al computer con software all'avanguardia.

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, in modalità e-learning.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Esame orale.

Al fine di garantire una comprensione anche pratica delle tecniche di modellazione oggetto del corso, le esercitazioni non concorrono al voto finale, ma devono essere consegnate tutte prima di sostenere l'esame e verbalizzare il voto.

Vista la natura avanzata del corso, i cui contenuti cambiamo ogni anno in funzione delle evoluzioni della ricerca nel settore, la frequenza alla lezioni ed alle esercitazioni è fortemente raccomandata.

 

Strumenti a supporto della didattica

- Ansys Mechanical per l'analisi agli elementi finiti

- OpenSim per la modellazione della dinamica del movimento umano

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Marco Viceconti