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Obiettivi
L'insegnamento è indirizzato a fornire un quadro approfondito di natura tecnologica circa le più recenti strumentazioni e i metodi per la rilevazione e la simulazione del movimento umano. I contenuti dell'insegnamento sono quindi inseribili entro un percorso formativo di Tecnologie-Strumentazione - Ingegneria Clinica.
L'insegnamento descrive lo scenario tecnologico atto all'acquisizione e alla restituzione interattiva virtuale dell'atto motorio umano. I principali temi trattati sono: Tecnologie per misure mioelettriche, dalla generazione del segnale al dato restituito. Ruolo di posizionamento, geometria e natura degli elettrodi sui disturbi endogeni ed esogeni. Sistemi di amplificazione e relative sorgenti di rumore. Tecnologie per misure di interazione soggetto-ambiente: sensori e unità di condizionamento; amplificatori; diagrammi vettoriali; sorgenti di errore. Tecnologie per misure della cinematica motoria: specifiche di interfaccia; sensori e marcatori; riconoscimento ed estrazione dell'informazione; processori di segnale; identificazione e soppressione disturbi; inseguimento di traiettorie off-line e real time con e senza marcatori; calibrazione di localizzatori ottici e ricostruzione 3D.
Programma delle lezioni e delle esercitazioni
1. Tecnologie per la misura dell’attività mio-elettrica: componenti del segnale mioelettrico, principio di formazione EMG, elettrodi di profondità e di superficie, disturbi biologici ed ambientali, preamplificatori, unità di amplificazione a singolo e doppio differenziale, configurazioni differenziali vettoriali, sorgenti di rumore, modelli continui e a parametri concentrati di attenuazione tissutale, parametri diagnostici;
2. Tecnologie per la misura delle forze di interazione con l’ambiente: caratteristiche di sensorizzazione, sensori piezoelettrici e strain gauge, unità di condizionamento dei segnali ed unità di amplificazione, sorgenti di rumore, unità sensorizzate.
3. Tecnologie per la detezione e ricostruzione 3D del movimento umano: specifiche di interfaccia sistema di misura-ambiente-soggetto, sensori indirizzabili e non indirizzabili, array mono-D e matrici 2-D, tecniche di identificazione ed estrazione dei cluster, processori di segnale, identificazione e soppressione disturbi, metodi di tracking off-line e in tempo reale, metodi di calibrazione, modelli stereo fotogrammetrici ideali e reali, metodi avanzati di ricostruzione 3D off-line ed in tempo reale.
4. Tecnologie per l'interazione 3D virtuale fra soggetti e ambienti: specifiche di rilevazione di mappe anatomiche e di ambiente. Metodi di ricostruzione di superficie. Tecnologie e metodi per la modellazione dell’interazione cinematica e dinamica in tempo reale.
5. Aspetti applicativi: riabilitazione e apprendimento in realtà virtuale. Animation e entertainment. Prototipazione virtuale ergonomica.
Attività di Laboratorio
A complemento delle attività formative frontali, verranno svolte attività sperimentali in laboratorio.
Prerequisiti
L'insegnamento affronta avanzate tematiche applicative connesse al settore delle tecnologie elettroniche e dei modelli matematici; è quindi consigliabile che gli Allievi, prima di affrontare questo insegnamento, abbiano già verificato in precedenza di gradire la formazione in tali settori. L’insegnamento è tuttavia strutturato in modo da permettere ad ogni studente, con buona preparazione triennale pregressa, di recepirne i contenuti di dettaglio anche grazie alle ampie finestre di richiamo teorico che precedono le parti più impegnative del programma.
Altre informazioni
Al termine del programma sono previsti, dei seminari tecnico-scientifici.
Summary
The course describes in detail the core technologies for detection and interactive virtualization of human motor acts. The topics include: Technologies for measures of myoelectric activity: signal generation; electrodes; biological and environmental noise; amplifiers; sources of signal distortion. Technologies for measures of subject-environment forces: sensors and signal conditioning units; amplifiers; pressure maps; sources of signal distortions. Technologies for measures of motion kinematics: interfacing features; sensors; information recognition and extraction; signal processors; noise identification and suppression; off-line and real time tracking; calibration and 3D reconstruction.
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Inglese