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PORTALE DELLA DIDATTICA

Biomedical engineering in exercise and sports

02LMSMV

A.A. 2021/22

Course Language

Inglese

Course degree

Master of science-level of the Bologna process in Ingegneria Biomedica - Torino

Course structure
Teaching Hours
Lezioni 49,5
Esercitazioni in laboratorio 10,5
Teachers
Teacher Status SSD h.Les h.Ex h.Lab h.Tut Years teaching
Gazzoni Marco Professore Associato ING-INF/06 49,5 0 0 0 12
Teaching assistant
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Context
SSD CFU Activities Area context
ING-INF/06 6 B - Caratterizzanti Ingegneria biomedica
2021/22
L'ingegneria dello sport vede l’utilizzo dei principi dell’ingegneria per migliorare le tecniche sportive, le attrezzature sportive e la sicurezza degli atleti. Gli obiettivi di questo corso sono quelli di presentare agli studenti le moderne tecnologie utilizzate nell'ingegneria dello sport. Durante il corso verranno introdotti i principi fondamentali della biomeccanica applicata allo sport, i sensori e gli attuatori utilizzati nell'ingegneria dello sport, i principi di progettazione.
Sport engineering is the use of engineering science and principles to improve sport techniques, sport equipment, and athlete safety. The aims of this course are to introduce the students to the modern technologies used in sport engineering. During the course the students will be introduced to the fundamental principles of biomechanics applied to sport, sensors, and actuators used in sport engineering, design principles.
Il corso ha come obiettivi principali quelli di 1) fornire agli studenti le conoscenze sull’applicazione di scienza e tecnologia nell’ambito dello sport e dell’esercizio fisico; 2) incoraggiare l'acquisizione di competenze scientifiche generali come l'analisi e la discussione di informazioni e dati scientifici nel settore specifico. Al termine di questo corso, lo studente deve avere: 1. un buon livello di conoscenza e comprensione dei principi della bioingegneria applicati allo sport 2. un buon livello di conoscenza e comprensione delle principali tecniche/tecnologie utilizzate nell’analisi del gesto sportivo Al termine di questo corso, lo studente dovrà essere in grado di: 1. Analizzare, impostare e risolvere problemi applicati allo sport/esercizio fisico in particolare per: a. La stima di forze/momenti interni. b. La stima della cinematica e dinamica. c. La stima del consumo energetico 2. Analizzare in modo critico uno scenario per selezionare la tecnologia appropriata per l’analisi di uno specifico sport. 3. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove. Complessivamente, al termine del corso, lo studente avrà acquisito le competenze per lo sviluppo/gestione di soluzioni tecnologiche e dispositivi per la valutazione/ottimizzazione del gesto sportivo e per supportare allenatori/tecnici nel loro corretto utilizzo e nell'interpretazione dei dati.
The course will 1) provide students the knowledge on application of technology in the field of sport and physical exercise; 2) encourage the acquisition of general skills such as analysis and discussion of scientific information and data. At the conclusion of this course, the student should have: 1. good level of knowledge of the bioengineering principles applied to sport and physical exercise; 2. knowledge in a range of technologies used in sport and physical exercise; 3. good skills in problem solving and critical thinking to undertake research and development At the conclusion of this course, the student should be able to: 1. Apply fundamental knowledge of engineering in sport and physical exercise. 2. Analyse a case scenario to select an appropriate category of technology for the assessment of athlete skills, for the assessment of sport equipment performences, for the prevention of sport related injuries. 3. Develop self-learning initiatives (analysis and review of research literature) and integrate learned knowledge for problem solving 4. Apply what was learned in the classroom to novel situations.
Lo studente deve avere una buona conoscenza degli argomenti trattati nei corsi di fisica e fisiologia con elementi di anatomia umana.
Students must be familiar with the arguments presented in the courses of physics and physiology with elements of human anatomy
Il corso tratta i seguenti argomenti principali: 1. Richiami su diagrammi di corpo libero applicati allo sport. Richiami su forze, coppie e momenti di inerzia. 2. Introduzione all'analisi segmentale. Richiami di anatomia dei muscoli e tipi di leve. Frizione. Esempi di applicazione nello sport. 3. Forza di resistenza dell'aria. Drag force e lift force. Esempi di applicazione. 4. Collisioni. Urto frontale e urto obliquo. Esempi di applicazione nello sport. 5. Analisi intersegmentale. 6. Introduzione ai sistemi di misura nello sport. a. Stima delle forze muscolo-scheletriche. i. Misura e stima della forza di reazione vincolare all'articolazione. ii. Stima della forza muscolare. Metodi indiretti. Sezione muscolare. Il segnale elettromiografico di superficie. Elettromiografia di superficie per la stima di forza. Elettromiografia di superficie per la stima di fatica. b. Panoramica dei sistemi di analisi del movimento. Sistemi inerziali. c. Pedane di forza. Principi e tecniche costruttive. Stima del COP. d. Tecniche di misura del consumo energetico. 7. Sport adattato.
The content of this course covers the following topics: 1. Free body diagrams applied to sports. Recall about forces, couples, and moments of inertia. Introduction to segmental analysis. 2. Anatomy of the muscles and types of levers. Clutch. Examples of application in sports. Air resistance force. Drag force and lift force. Examples of application in sport. Collisions. Frontal impact and oblique blow. Examples of application in sports. 3. Estimation of musculoskeletal forces. Measure and estimation of the joint reaction forces. Estimation of muscle strength. Indirect methods. Muscle Section. EMG. Limitations. 4. Intersegmental analysis. 5. Introduction to measurement systems in sport. Surface electromyographic signal. Surface Electromyography for force and fatigue estimation. 6. Overview of motion analysis systems. Inertial systems. Accelerometers, gyros and magnetometers. Introduction to the Kalman Filter 7. Force plates. Principles and constructive technologies. Estimation of COP. 8. Methods for the measurement of energy consumtion. 9. Application of technologies in the field of sport for people with disabilities. Functional electrical stimulation. Applications in sports.
Il corso è organizzato in lezioni frontali, esercitazioni in aula e in laboratorio. I laboratori verranno svolti in squadre di quattro studenti e vengono distribuiti lungo il corso dell’insegnamento. I laboratori sono svolti al calcolatore utilizzando MATLAB come strumento di sviluppo di algoritmi di elaborazione di dati. Il programma dei laboratori verte sull’approfondimento delle nozioni teoriche apprese a lezione, in particolare verranno implementati metodi visti a lezione applicati a dati reali.
The course is organized in lectures, exercise classes and laboratories. Laboratories will be carried out in teams. The laboratories will be focused on the implementation of the methods described during the course using MATLAB and their application to real data.
Materiale didattico fornito dal docente durante il corso Testi di approfondimento: 1. Roger M. Enoka, Neuromechanics of Human Movement, Human Kinetics (2002) 2. Rainoldi A, Minetto MA, Merletti R., Biomedical engineering in exercise and sports, Minerva Medica - Torino (Publ.), 2006 3. K. Hung, Jani Macari Pallis, Biomedical Engineering Principles in Sports, Springer-Verlag New York, 2004
Teaching material provided during the course 1. Roger M. Enoka, Neuromechanics of Human Movement, Human Kinetics (2002) 2. Rainoldi A, Minetto MA, Merletti R., Biomedical engineering in exercise and sports, Minerva Medica - Torino (Publ.), 2006 3. K. Hung, Jani Macari Pallis, Biomedical Engineering Principles in Sports, Springer-Verlag New York, 2004
Modalità di esame: Prova scritta (in aula);
Exam: Written test;
... L'esame intende verificare la conoscenza dei metodi e delle tecnologie descritte a lezione e verificare le capacità di problem solving. L’esame consta di due parti: a) una prova scritta e b) una tesina. Metodo di accertamento dei risultati di apprendimento attesi: 1. Conoscenza e comprensione dei principi della bioingegneria applicati all’analisi dell’esercizio fisico e dello sport (Prova scritta) 2. Conoscenza e comprensione delle principali tecniche/tecnologie utilizzate nell’analisi dell’esercizio fisico e dello sport (Prova scritta) 3. Capacità di analizzare, impostare e risolvere problemi di biomeccanica applicata allo sport/esercizio fisico e di stima del consumo energetico (Prova scritta + tesina) 4. Analizzare in modo critico uno scenario per selezionare la tecnologia appropriata per l’analisi di uno specifico sport. (Prova scritta) 5. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove (Prova scritta + tesina). Dettagli prove di accertamento Prova scritta. La prova scritta ha durata pari a 75 minuti e prevede 3 domande/esercizi a risposta aperta numerica o testuale. Il punteggio per ogni esercizio/domanda viene indicato sul testo d’esame. Il voto complessivo massimo ottenibile nella prova scritta (somma dei risultati ottenuti nelle domande/esercizi) è pari a 27. Nel corso della prova non è consentita la consultazione di appunti, testi a stampa o qualunque altro materiale. Eventuale materiale necessario sarà fornito dal docente. Tesina. Durante il corso si terranno laboratori che prevedono lo sviluppo di codice MATLAB per elaborare dati biomeccanici e fisiologici. L’attività svolta nell’ambito dei laboratori integrata da attività a casa sarà oggetto di valutazione e concorrerà alla definizione del voto finale per un massimo di 6 punti. Voto finale Il voto complessivo è ottenuto come somma del punteggio ottenuto nella prova scritta (max 27 punti) e nella prova di laboratorio (max 6 punti) per un massimo di 33 punti. Se il voto complessivo è maggiore o uguale a 31 allo studente viene assegnata la lode.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Written test;
The exam aims to verify the knowledge of methods and technologies described during the lessons and to verify problem solving skills. The final exam lasts 90 minutes and comprises 3 questions/exercises covering the entire program. During the exam students are not allowed to use handouts, textbooks or any other material. The three questions/exercises are evaluated up to 33 points (11 points for each question/exercise). The final score is obtained by summing the results obtained in the three exercises (for a maximum of 33 points). If the final score is higher than 30.5 the exam is passed with Laude.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale individuale;
L'esame intende verificare la conoscenza dei metodi e delle tecnologie descritte a lezione e verificare le capacità di problem solving. L’esame consta di due parti: a) una prova scritta e b) una tesina. Metodo di accertamento dei risultati di apprendimento attesi: 1. Conoscenza e comprensione dei principi della bioingegneria applicati all’analisi dell’esercizio fisico e dello sport (Prova scritta) 2. Conoscenza e comprensione delle principali tecniche/tecnologie utilizzate nell’analisi dell’esercizio fisico e dello sport (Prova scritta) 3. Capacità di analizzare, impostare e risolvere problemi di biomeccanica applicata allo sport/esercizio fisico e di stima del consumo energetico (Prova scritta + tesina) 4. Analizzare in modo critico uno scenario per selezionare la tecnologia appropriata per l’analisi di uno specifico sport. (Prova scritta) 5. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove (Prova scritta + tesina). Dettagli prove di accertamento Prova scritta. La prova scritta ha durata pari a 75 minuti e prevede 3 domande/esercizi a risposta aperta numerica o testuale. Il punteggio per ogni esercizio/domanda viene indicato sul testo d’esame. Il voto complessivo massimo ottenibile nella prova scritta (somma dei risultati ottenuti nelle domande/esercizi) è pari a 27. Utilizzando la webcam lo studente dovrà caricare una foto dello svolgimento dell’esercizio. È responsabilità dello studente verificare la leggibilità della foto allegata. Nel caso in cui l’elaborato inviato non sia leggibile la prova verrà annullataNel corso della prova non è consentita la consultazione di appunti, testi a stampa o qualunque altro materiale. Eventuale materiale necessario sarà fornito dal docente. Tesina. Durante il corso si terranno laboratori che prevedono lo sviluppo di codice MATLAB per elaborare dati biomeccanici e fisiologici. L’attività svolta nell’ambito dei laboratori integrata da attività a casa sarà oggetto di valutazione e concorrerà alla definizione del voto finale per un massimo di 6 punti. Voto finale Il voto complessivo è ottenuto come somma del punteggio ottenuto nella prova scritta (max 27 punti) e nella prova di laboratorio (max 6 punti) per un massimo di 33 punti. Se il voto complessivo è maggiore o uguale a 31 allo studente viene assegnata la lode.
Exam: Computer-based written test using the PoliTo platform; Individual project;
The exam aims to verify the knowledge of the methods and technologies described during the course and to verify the student’s problem solving skills. The exam consists of two parts: a) a written test and b) a laboratory test. Written test. The written test lasts 90 minutes and includes 3 questions / exercises. The maximum score for each question /exercise is indicated on the exam text. The maximum overall mark obtainable in the written test (sum of the results obtained in the questions / exercises) is 27. During the test, the consultation of notes, printed texts or any other material is not allowed. Any necessary material will be provided by the teacher. Laboratory test. During the course, some laboratories will be conducted. They will be focused on the development of MATLAB code to process biomechanical and physiological data. The last of these laboratories will be evaluated and will contribute to the definition of the final mark. The maximum score obtainable is 6. Final vote The overall mark is obtained as the sum of the score obtained in the written test and in the laboratory test. If the overall mark is greater than 30.5, the final mark is 30 cum laude.
Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Prova scritta tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Elaborato progettuale in gruppo;
L'esame intende verificare la conoscenza dei metodi e delle tecnologie descritte a lezione e verificare le capacità di problem solving. L’esame consta di due parti: a) una prova scritta e b) una tesina. Metodo di accertamento dei risultati di apprendimento attesi: 1. Conoscenza e comprensione dei principi della bioingegneria applicati all’analisi dell’esercizio fisico e dello sport (Prova scritta) 2. Conoscenza e comprensione delle principali tecniche/tecnologie utilizzate nell’analisi dell’esercizio fisico e dello sport (Prova scritta) 3. Capacità di analizzare, impostare e risolvere problemi di biomeccanica applicata allo sport/esercizio fisico e di stima del consumo energetico (Prova scritta + tesina) 4. Analizzare in modo critico uno scenario per selezionare la tecnologia appropriata per l’analisi di uno specifico sport. (Prova scritta) 5. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove (Prova scritta + tesina). Dettagli prove di accertamento Prova scritta. La prova scritta ha durata pari a 75 minuti e prevede 3 domande/esercizi a risposta aperta numerica o testuale. Il punteggio per ogni esercizio/domanda viene indicato sul testo d’esame. Il voto complessivo massimo ottenibile nella prova scritta (somma dei risultati ottenuti nelle domande/esercizi) è pari a 27. Per gli studenti che svolgono l'esame in remoto: utilizzando la webcam lo studente dovrà caricare una foto dello svolgimento dell’esercizio. È responsabilità dello studente verificare la leggibilità della foto allegata. Nel caso in cui l’elaborato inviato non sia leggibile la prova verrà annullata Nel corso della prova non è consentita la consultazione di appunti, testi a stampa o qualunque altro materiale. Eventuale materiale necessario sarà fornito dal docente. Tesina. Durante il corso si terranno laboratori che prevedono lo sviluppo di codice MATLAB per elaborare dati biomeccanici e fisiologici. L’attività svolta nell’ambito dei laboratori integrata da attività a casa sarà oggetto di valutazione e concorrerà alla definizione del voto finale per un massimo di 6 punti. Voto finale Il voto complessivo è ottenuto come somma del punteggio ottenuto nella prova scritta (max 27 punti) e nella prova di laboratorio (max 6 punti) per un massimo di 33 punti. Se il voto complessivo è maggiore o uguale a 31 allo studente viene assegnata la lode.
Exam: Written test; Computer-based written test using the PoliTo platform; Group project;
The exam aims to verify the knowledge of the methods and technologies described during the course and to verify the student’s problem solving skills. The exam consists of two parts: a) a written test and b) a laboratory test. Written test. The written test lasts 90 minutes and includes 3 questions / exercises. The maximum score for each question /exercise is indicated on the exam text. The maximum overall mark obtainable in the written test (sum of the results obtained in the questions / exercises) is 27. During the test, the consultation of notes, printed texts or any other material is not allowed. Any necessary material will be provided by the teacher. Laboratory test. During the course, some laboratories will be conducted. They will be focused on the development of MATLAB code to process biomechanical and physiological data. The last of these laboratories will be evaluated and will contribute to the definition of the final mark. The maximum score obtainable is 6. Final vote The overall mark is obtained as the sum of the score obtained in the written test and in the laboratory test. If the overall mark is greater than 30.5, the final mark is 30 cum laude.
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