I sistemi fisiologici sono in generale molto più complessi dei sistemi tecnologici e possiedono parametri che non sempre possono essere definiti in modo certo. Scopo di questo insegnamento è mostrare come, tramite un approccio meccanico ai sistemi fisiologici, si può giungere a definire modelli matematici di varia complessità che consentono l’identificazione e l’analisi funzionale di tali sistemi, al fine di una comprensione più approfondita dei meccanismi che li regolano e dello studio di una possibile interazione tra essi e i sistemi tecnologici.

Conoscenza dei meccanismi di funzionamento di alcuni importanti sistemi fisiologici umani, capacità di affrontare lo studio di sistemi biomedici che prevedano interazioni uomo-macchina.

Conoscenze di base di meccanica applicata e teoria dei controlli.

Richiami sulla struttura del corpo umano: terminologia, sistemi di riferimento, movimenti, articolazioni.
Biomeccanica del movimento umano: esempi con modelli semplificati, modellazione secondo strutture articolate a corpi rigidi.
Cinematica dei sistemi articolati multicorpo: matrici di orientamento e posizionamento, angoli di Eulero, determinazione di velocità e accelerazioni in una struttura cinematica seriale, analogie con sistemi fisiologici.
Dinamica dei sistemi multicorpo: analisi con equazioni cardinali o con metodi energetici, applicazione a sistemi fisiologici.
Meccanica delle strutture muscolo-scheletriche: modellazione come strutture cinematiche parallele, analisi cinematica e dinamica, determinazione delle azioni muscolari.
Analisi cinematica e dinamica della deambulazione umana: caratteristiche della deambulazione, determinazione delle caratteristiche fisico-geometriche dei segmenti corporei, determinazione delle azioni nelle articolazioni, tecniche per il rilievo sperimentale della cinematica e delle forze sul piede.
Apparato muscolare: conformazione dei muscoli, aspetti meccanici della contrazione muscolare, modelli e loro applicazione.
Dispositivi di ausilio, ortesi, protesi esterne: classificazione, tipologia dei componenti, progettazione funzionale e strutturale.
Sistema respiratorio: fisiologia, ciclo respiratorio, modelli di meccanica del respiro, respiratori artificiali volumetrici e pressometrici.

Verranno svolte attività di modellazione e simulazione al Laboratorio Informatico. E’ richiesta la stesura di una relazione su tali attività, che verrà discussa all’esame.

Note e dispense distribuite dal docente.

L’esame sarà svolto in forma orale e verterà su tutti gli argomenti trattati