93799 - ANALISI E SINTESI DI SISTEMI BIOMECCANICI M

Conoscenze e abilità da conseguire

Lo studente impara ad applicare gli strumenti teorici della meccanica delle macchine per l’analisi e la modellazione dei sistemi biomeccanici, con particolare riferimento ai problemi cinematici, statici e dinamici dei sistemi a corpi vincolati. In particolare, acquisisce capacità nella modellazione dei sistemi biologici mediante elementi rigidi e deformabili; acquisisce le competenze per sviluppare modelli complessi con codici di calcolo proprietari e software multibody; estende tali conoscenze alla progettazione cinematica e dinamica di dispositivi medici meccanici, quali protesi, ortesi e fissatori.

Contenuti

- Meccanica applicata all’analisi e sintesi di sistemi meccanici spaziali e vincolati per applicazioni biomeccaniche. Il corpo umano come un meccanismo spaziale: corpi rigidi, vincoli, elementi deformabili (strutture legamentose e contatti), attuatori (strutture muscolari). Dispositivi ortopedici: meccanica e meccanismi applicati al corpo umano.

- Richiami di cinematica spaziale. Sistemi di coordinate per la descrizione del moto spaziale di un corpo.

- Rappresentazione di corpi mediante insiemi di punti. Coordinate naturali. Applicazione ai sistemi stereofotogrammetrici.

- Sintesi di meccanismi nel piano e nello spazio: problemi principali in biomeccanica; metodi basati su punti di precisione; metodi basati su teoria di Burmester; ottimizzazione; altre tecniche.

- Modellazione delle articolazioni: sintesi di meccanismi equivalenti; modellazione di vincoli nello spazio; contatto tra corpi.

- Definizione di modelli multicorpo del corpo umano. Analisi cinematica di sistemi vincolati di corpi spaziali in catena aperta e chiusa. Analisi cinematica del corpo umano.

- Modellazione di legamenti e muscoli; integrazione nei modelli multicorpo.

- Richiami di statica e dinamica spaziale

- Analisi statica e dinamica di sistemi vincolati di corpi spaziali in catena aperta e chiusa. Analisi statica e dinamica del corpo umano.

- Applicazione ai dispositivi ortopedici. Analisi e sintesi di arti protesici, esoscheletri, fissatori in catena aperta e chiusa. Analisi e sintesi di protesi articolari.

- Meccanismi a corpi deformabili (complianti): sintesi di coppie cinematiche con elementi deformabili; sintesi di meccanismi con coppie deformabili; meccanismi ad elasticità distribuita; realizzazione di coppie deformabili.

- Applicazioni di meccanismi a corpi deformabili: ortesi; strumenti chirurgici.

- Attuatori per applicazioni biomeccaniche: martinetti passivi (protesi articolari passive) e attivi (protesi articolari attive, esoscheletri); attuatori elettrici; muscoli artificiali.

 

ESERCITAZIONI

- Programmazione di codici di analisi e sintesi.

- Uso di software di simulazione.

Testi/Bibliografia

Materiale fornito dal docente tramite "Virtuale". Le lezioni verranno inoltre registrate e rese disponibili agli iscritti al corso.

Metodi didattici

Il corso è costituito da lezioni frontali ed esercitazioni. Verranno inoltre assegnati alcuni esercizi da svolgere in autonomia.

Le lezioni forniscono le basi teoriche per l'analisi e la sintesi dei sistemi vincolati, applicate ai sistemi biomeccanici. Vengono richiamati alcuni aspetti fisiologici (trattati in altri corsi), per approfondire gli aspetti computazionali e di modellazione. Vengono inoltre affrontati alcuni problemi di progettazione cinematica e funzionale di dispositivi ortopedici, concentrandosi anche su meccanismi e attuatori non convenzionali.

Le esercitazioni mettono in pratica alcuni degli aspetti teorici trattati nelle lezioni frontali. Si cerca di sottolineare l'importanza sia dello sviluppo di codice proprietario che dell'utilizzo di software già esistente, fino a mostrare come unire le due tecniche interfacciando modelli muscoloscheletrici esistenti con modelli proprietari.

Gli esercizi assegnati, oltre a costituire una base di valutazione, sono pensati per consentire di sviluppare autonomamente alcuni concetti visti sia nelle lezioni teoriche che durante le esercitazioni.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame è costituito di due parti. Nella prima parte verranno presentati e commentati gli esercizi da svolgere in autonomia. Si valuteranno i risultati ottenuti e la correttezza del procedimento.

La seconda parte è invece costituita da domande teoriche sugli argomenti del corso. Si verificheranno sia le conoscenze generali che gli aspetti computazionali.

Strumenti a supporto della didattica

Verrà fornito materiale preparato dal docente su "Virtuale". Le lezioni verranno inoltre registrate e rese disponibili agli iscritti al corso.

Verranno inoltre utilizzati software gratuiti o in convenzione con l'Ateneo per lo svolgimento delle esercitazioni. Verranno fornite ulteriori informazioni durante il corso e su "Virtuale".

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Nicola Sancisi