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 ingegneristici. Capacità di utilizzare opportuni strumenti matematici per la simulazione e l’analisi funzionale dei sistemi fisiologici e biomeccanici proposti.

Conoscenze di base di meccanica applicata e teoria dei controlli.

- Richiami sulla struttura del corpo umano (3h) : terminologia, sistemi di riferimento, movimenti, articolazioni. - Biomeccanica del movimento umano (9h) : esempi con modelli semplificati, modellazione secondo strutture articolate a corpi rigidi. - Cinematica dei sistemi articolati multi-corpo (6h) : 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 multi-corpo (3h) : analisi con equazioni cardinali o con metodi energetici, applicazione a sistemi fisiologici. - Apparato muscolare (6h) : conformazione dei muscoli, aspetti meccanici della contrazione muscolare, modelli e loro applicazione. - Meccanica delle strutture muscolo-scheletriche (7h) : modellazione come strutture cinematiche parallele, analisi cinematica e dinamica, determinazione delle azioni muscolari. - Analisi cinematica e dinamica del movimento e della deambulazione umana (11h) : 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. - Dispositivi di ausilio, ortesi, protesi esterne (8h) : classificazione, tipologia dei componenti, progettazione funzionale e strutturale. - Sistema respiratorio (7h) : fisiologia, ciclo respiratorio, modelli di meccanica del respiro, respiratori artificiali volumetrici e pressometrici.

Vengono svolte circa 42 ore di lezione in aula. Vengono messe a diposizione degli studenti sulla pagina web dell’insegnamento videolezioni registrate in anni precedenti. Gli studenti svolgono esercitazioni al Laboratorio informatico per complessive 15 ore, consistenti nella modellazione numerica e simulazione di sistemi biomedici. Viene inoltre svolta una esercitazione sperimentale di circa 3 ore sull'uso di strumentazione per l'analisi del movimento. Di tutte le attività di esercitazione è richiesta la stesura di una relazione scritta, che deve essere caricata sulla pagina web dell'insegnamento, nella sezione "elaborati", prima dell’esame. Questo costituisce condizione necessaria per sostenere l’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. - Legnani G., Palmieri G., Fassi I., "Introduzione alla biomeccanica dello sport", Città Studi.

Slides; Dispense; Video lezioni tratte da anni precedenti; Strumenti di simulazione;

Modalità di esame: Prova scritta (in aula);

Exam: Written test;

... 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 biomeccanica alla simulazione e allo studio dei sistemi fisiologici e biomedici presentati nell’insegnamento. 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 100 minuti. Durante lo svolgimento dell'esame non è consentito 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. L’esito della prova sarà comunicato tramite un avviso sul portale della didattica. Gli studenti potranno visionare il compito e la relativa valutazione durante un incontro generale la cui data sarà comunicata tramite avviso sul portale della didattica in concomitanza con la pubblicazione dei risultati della prova scritta.

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.