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.

Vengono svolte circa 45 ore di lezione in aula. Vengono inoltre svolte attività di modellazione e simulazione al Laboratorio Informatico, per le quali è richiesta la stesura di una relazione, che verrà discussa all’esame

L’intero programma è coperto da note e dispense distribuite dal docente.
Per approfondimenti: Legnani, Palmieri, "Fondamenti di Meccanica e Biomeccanica del Movimento", Città Studi.

L’esame è svolto in forma scritta e verte su tutti gli argomenti trattati nelle lezioni in aula e nelle esercitazioni di laboratorio. Consiste in quattro domande a risposta aperta. Il voto massimo ottenibile è 30/30 e lode.