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Biomedical engineering in exercise and sports
02LMSMV
A.A. 2020/21
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Master of science-level of the Bologna process in Ingegneria Biomedica - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 49,5 |
| Esercitazioni in laboratorio | 10,5 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gazzoni Marco | Professore Ordinario | IBIO-01/A | 49,5 | 0 | 0 | 0 | 12 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | ING-INF/06 | 6 | B - Caratterizzanti | Ingegneria biomedica |
|---|
2020/21
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 dei principi della bioingegneria applicati allo sport;
2. la conoscenza in una ampia gamma di tecnologie utilizzate nell’analisi del gesto sportivo;
3. conoscenze tecniche e buone capacità di problem solving e di pensiero critico per intraprendere attività di ricerca e sviluppo
Al termine di questo corso, lo studente dovrebbe essere in grado di:
1. Applicare le conoscenze dell’ingegneria al campo dello sport e dell’esercizio fisico
3. Analizzare uno scenario per selezionare la tecnologia appropriata per l’analisi di uno specifico sport.
4. Sviluppare iniziative di auto-apprendimento (analisi e revisione della letteratura scientifica) e integrare le conoscenze apprese per risolvere problemi.
5. Applicare quanto appreso in aula a situazioni nuove.
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. Introduzione all'analisi segmentale. Richiami di anatomia dei muscoli e tipi di leve. Frizione. Esempi di applicazione nello sport. Forza di resistenza dell'aria. Drag force e lift force. Esempi di applicazione. Collisioni. Urto frontale e urto obliquo. Esempi di applicazione nello sport.
2. Stima delle forze muscolo-scheletriche. Misura e stima della forza di reazione vincolare all'articolazione. Stima della forza muscolare. Metodi indiretti. Sezione muscolare. EMG. Limiti
3. Analisi intersegmentale.
4. Introduzione ai sistemi di misura nello sport. Il segnale elettromiografico di superficie. Elettromiografia di superficie per la stima di forza. Elettromiografia di superficie per la stima di fatica.
5. Panoramica dei sistemi di analisi del movimento. Sistemi inerziali. Accelerometri, giroscopi e magnetometri. Accenni al filtro di Kalman
6. Pedane di forza. Principi e tecniche costruttive. Stima del COP.
7. Tecniche di misura del consumo energetico.
8. Applicazione di tecniche di analisi del movimento nell'ambito dello sport per persone con disabilità. Stimolazione elettrica funzionale.
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 tramite PC con l'utilizzo della piattaforma di ateneo; Prova scritta tramite l'utilizzo di vLAIB e piattaforma di ateneo;
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 prova di laboratorio.
Prova scritta. La prova scritta ha durata pari a 90 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.
Prova di laboratorio. Durante il corso si terranno laboratori che prevedono lo sviluppo di codice MATLAB per elaborare dati biomeccanici e fisiologici. L’ultimo di questi laboratori sarà oggetto di valutazione e concorrerà alla definizione del voto finale.
Voto finale
Il voto complessivo è ottenuto come somma del punteggio ottenuto nella prova scritta e nella prova di laboratorio. Se il voto complessivo è maggiore di 30,5 allo studente viene assegnata la lode.
Exam: Computer-based written test using the PoliTo platform; Written test via vLAIB using the PoliTo platform;
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; Prova scritta tramite l'utilizzo di vLAIB e piattaforma di ateneo;
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 prova di laboratorio.
Prova scritta. La prova scritta ha durata pari a 90 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.
Prova di laboratorio. Durante il corso si terranno alcuni laboratori che prevedono lo sviluppo il codice MATLAB per elaborare dati biomeccanici e fisiologici. L’ultimo di questi laboratori che si svolgerà in due giornate diverse, sarà oggetto di valutazione e concorrerà alla definizione del voto finale. Il punteggio massimo ottenibile è pari a 6. Tale punteggio si somma al punteggio ottenuto nella prova scritta.
Voto finale
Il voto complessivo è ottenuto come somma del punteggio ottenuto nella prova scritta e nella prova di laboratorio. Se il voto complessivo è maggiore di 30,5 allo studente viene assegnata la lode.
Exam: Written test; Computer-based written test using the PoliTo platform; Written test via vLAIB using the PoliTo platform;
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.