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 e biomedici; capacità di descrivere tali meccanismi tramite adeguati modelli matematici. Capacità di utilizzare definiti strumenti matematici per la simulazione e l’analisi funzionale dei sistemi fisiologici e biomedici proposti.

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. Le lezioni ad anni alterni vengono videoregistrate e messe a disposizione degli studenti sulla pagina web del Corso. Vengono inoltre svolte attività di modellazione numerica e simulazione al Laboratorio Informatico, per complessive 15 ore. Di tali attività è richiesta la stesura di una relazione scritta, che deve essere caricata sulla pagine web prima dell’esame.

L’intero programma è coperto da note e dispense fornite dal docente e caricate sulla pagina web. Per approfondimenti: - Legnani G., Palmieri G., “Fondamenti di Meccanica e Biomeccanica del Movimento”, Città Studi. - LegnaniG., Palmieri G., Fassi I., "Introduzione alla biomeccanica dello sport", Città Studi.

Modalità di esame: Prova scritta (in aula); Elaborato scritto prodotto in gruppo;

Exam: Written test; Group essay;

... L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale e la capacità di applicare la teoria ed i relativi metodi di modellazione matematica alla simulazione e allo studio dei sistemi fisiologici e biomedici presentati nel corso. L’esame consiste in una prova scritta di quattro domande a risposta aperta sugli argomenti del programma ed ha lo scopo di valutare il livello di conoscenza e le competenze attese. Una delle domande si riferisce specificamente alle attività svolte nel laboratorio informatico. La durata della prova è di due ore. Durante lo svolgimento dell'esame non è consentito tenere e consultare quaderni, libri, fogli con appunti, smartphone o altro materiale. L’elaborato deve essere svolto sui fogli distribuiti per l’occasione. Ad ogni domanda deve essere fornita una risposta completa e sintetica, che deve essere contenuta in una singola pagina. Le valutazioni sono espresse in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. Il punteggio assegnato alle singole domande è proporzionato alla difficoltà delle stesse; la votazione massima è di 30/30. Particolare riguardo è rivolto alla chiarezza notazionale e logica delle risposte fornite dallo studente, che permette di ottenere la lode. I risultati dell’esame vengono comunicati sul portale della didattica, insieme alla data in cui gli studenti possono visionare il compito e chiedere chiarimenti.

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.