• Blended Learning & Flipped Classroom

Il corso ha l’obbiettivo di rendere lo studente in grado di acquisire la capacità di impostare un progetto di sviluppo tecnologico in ambito biomedico attraverso passi successivi quali:

1) Definizione requisiti dell’applicazione specifica (e.g. misura segnali biomedici, attuazione robotica);

2) Definizione/Selezione componenti (custom/commerciali);

3) Progetto dell’architettura (acquisizione dati, front-end, elaborazione, …);

4) Implementazione HW/SW tramite l'utilizzo opportuno di strumenti di sviluppo e realizzazione pratica;

5) Selezione di procedure opportune per la verifica funzionalità e valutazione delle prestazioni del prototipo sviluppato;

6) Scrittura di un report tecnico del progetto affrontato.

Lo studente prenderà confidenza con strumenti tipici del laboratorio elettronico, tra cui il saldatore a stagno, il multimetro l’oscilloscopio e l’alimentatore, e approfondirà i principali metodi ingegneristici (analisi dell’applicazione, definizione dei requisiti, design del sistema, selezione dei componenti più adatti con requisiti specifici in funzione dall’applicazione) per affrontare lo sviluppo di un progetto tecnologico in ambito biomedico (attività didattica frontale e esercitazioni sperimentali). DD 1

Lo studente acquisirà capacità di progettare schede elettroniche, sviluppare firmware per micro-controllore, implementare prototipi HW con componenti discreti e dispositivi per l’acquisizione e l’elaborazione di segnali biomedici. (Esercitazioni e pratica di laboratorio) DD 1,2

Lo studente applicherà la conoscenza maturata alla definizione dei requisiti per il progetto didattico, alla definizione delle fasi principali di sviluppo, e all’individuazione dei principali strumenti e componenti necessari, approfondendo le tematiche biomedicali di interesse specifico all’applicazione. (Sviluppo del progetti didattico) DD 3,4

Lo studente farà esperienza di collaborazione in gruppo per lo sviluppo del progetto didattico e presenterà un tema specifico alla classe in modalità flipped-class. (Sviluppo del progetti didattico) DD 4,5

Programma sintetico (italiano)

 Il corso inquadra le metodologie e tecnologie elettroniche per lo sviluppo di sistemi attuati/sensorizzati dedicati a: a) acquisizione, condizionamento e elaborazione di segnali biomedici; b) monitoraggio di attività umane e ambientale; c) integrazione di sistemi robotizzati per applicazioni di interazione uomo-robot. Il corso si sviluppa in due fasi principali.

La prima fase prevede erogazione di didattica frontale e esercitazioni in cui il docente in collaborazione con i tutor presenta gli strumenti di laboratorio elettronico, le tecnologie per co-progettazione HW/SW (progettazione circuitale, piattaforme per progettazione e sviluppo su microcontrollore), basi di robotica e integrazione sensori, piattaforme per sviluppo interfacce SW.

 La seconda fase del corso si articola attraverso lo sviluppo di progetti didattici tematici definiti dal docente in accordo con i tutor. Gli studenti sono suddivisi in 3-4 gruppi e assistiti da un tutor per affrontare le specifiche tematiche progettuali. Gli studenti affrontano tutta la catena di attività richieste a partire dalla progettazione concettuale e definizione dei requisiti, la selezione dei componenti e eventuali acquisti, lo sviluppo e l’implementazione di una soluzione circuitale, la programmazione firmware del microcontrollore, fino alla prototipazione della soluzione reale attraverso schede breadboard o kit integrati di sviluppo e alla fase finale di testing. Ad integrazione delle attività progettuali e per stimolare l’apprendimento attivo, le capacità di strutturazione del pensiero e della conoscenza e il confronto tra colleghi, ogni gruppo di studenti è responsabile di approfondire un tema specifico attinente al progetto in fase di sviluppo, che sarà presentato e discusso con gli altri studenti in modalità flipped/blended classroom. Nel loro complesso, i progetti didattici possono essere considerati rilevanti anche ai fini di attività di tesi specialistica. Durante il corso sono previsti seminari tematici tenuti da figure professionali nel campo industriale e visite presso aziende nel settore dello sviluppo di soluzioni e servizi in ambito biomedicale e industriale.

 La modalità di esame prevede la valutazione di un report finale di progetto e una presentazione orale.

 L’accesso al corso è a numero limitato. La procedura obbligatoria di richiesta accesso si trova al seguente indirizzo web: http://www.ccsbio.polimi.it/?page_id=27.

 Programma sintetico (inglese)

 The course frames methods and technologies in electronics for the development of robotic/sensor systems devoted to: a) acquisition, conditioning and processing of biomedical signals; b) human and environmental monitoring; c) integration of robotic systems for man-robot interaction applications.

 The first phase is based on providing frontal teaching and exercises in which the teacher in collaboration with the tutors presents the tools of electronic laboratory, the technologies for HW/SW co-design (circuit design, platforms for design and development on microcontroller), bases of robotics and sensor integration, platforms for development of SW interfaces.

 The second phase of the course is articulated through the development of thematic educational projects defined by the teacher in agreement with the tutors. The students are divided into 3-4 groups and assisted by a tutor to deal with specific project themes. Students face the entire chain of activities required starting from the conceptual design and definition of the requirements, the selection of components and any purchases, the development and implementation of a circuit solution, the firmware programming of the microcontroller, up to the prototyping of the real solution through integrated breadboard cards or development kits and to the final testing phase. To complement the project activities and to stimulate active learning, the structuring skills of thinking and knowledge and the assessment among colleagues, during this second phase of the course each group of students is responsible for examining a specific topic addressed in the first part that will be presented and discussed with other students in flipped/blended classroom modality. As a whole, educational projects can also be considered relevant for the purpose of master thesis activities. During the course, professionals in the industrial field will hold thematic seminars. Visits to companies in the field of the development of solutions and services in the biomedical and industrial field will be envisaged

 The exam method includes the evaluation of the final project report and the oral presentation.

It should be noted that this is a limited number access course. The mandatory procedure for access request is here: http://www.ccsbio.polimi.it/?page_id=27

 Programma dettagliato

1. Il corso si articola tramite la presentazione, la dimostrazione e la pratica di diversi strumenti. Si introducono strumenti di misura tipici di un laboratorio elettronico quali tester/multimetro, alimentatore e oscilloscopio, generatore di segnale e strumenti e tecniche per la saldatura a caldo quali il saldatore a stagno, basette sperimentali e supporti specifici. Viene presentato l’ambiente DesignSpark per il design elettronico e tecniche pratiche di stampa di board elettroniche. Viene presentato l’ambiente PSOC Cypress per lo sviluppo firmware su microcontrollore in tecnologia FPGA, l’ambiente KRoset per sviluppo di applicazioni robotiche Kawasaki, l’ambiente Processing per sviluppo interfacce SW, integrando la presentazione frontale con esempi pratici e attività di esercitazione. La seconda fase del corso si articola attraverso lo sviluppo di progetti didattici tematici definiti dal docente in accordo con i tutor. Gli studenti sono suddivisi in 3-4 gruppi e assistiti da un tutor per affrontare le specifiche tematiche progettuali. Gli studenti affrontano tutta la catena di attività richieste a partire dalla progettazione concettuale e definizione dei requisiti, la selezione dei componenti e eventuali acquisti, lo sviluppo e l’implementazione di una soluzione circuitale, la programmazione firmware del microcontrollore, fino alla prototipazione della soluzione reale attraverso schede breadboard o kit integrati di sviluppo e alla fase finale di testing. Ad integrazione delle attività progettuali e per stimolare l’apprendimento attivo, le capacità di strutturazione del pensiero e della conoscenza e il confronto tra colleghi, durante questa seconda fase del corso ogni gruppo di studenti è responsabile di approfondire un tema specifico, affrontato nella prima parte e attinente al progetto in fase di sviluppo, che sarà presentato e discusso con gli altri studenti in modalità flipped/blended classroom. Nel loro complesso, i progetti didattici possono essere considerati rilevanti anche ai fini di attività di tesi specialistica. Durante il corso sono previsti seminari tematici tenuti da figure professionali nel campo industriale e visite presso aziende nel settore dello sviluppo di soluzioni e servizi in ambito biomedicale e industriale.

2. L’interazione tra docente e studente è supportata da piattaforma BEEP (slide del corso, documenti tutoriali e esempi di sviluppo, datasheet di interesse generale per componenti HS/SW) e Google drive (datasheet specifici per ciascun progetto, documenti di sviluppo HW/SW, lista componenti da acquisire per lo sviluppo del progetto, report progetti didattici presentazione finale). Sono previsti approfondimenti con seminari tematici (Progettazione schede elettroniche, Robotica) e visite in azienda. Per la valutazione finale, ciascun gruppo preparerà un report di descrizione del progetto sviluppato e una presentazione orale dopo il termine del corso. Alla costruzione del voto finale partecipano inoltre criteri aggiuntivi quali l’impegno, il livello di presenza in laboratorio, la capacità di lavorare in team e il grado di apprendimento raggiunto.

Strumentazione biomedica, Elettronica biomedica, Dispositivi elettronici e sensori

La verifica la valutazione di un report di finale di progetto e una presentazione orale dopo il termine del corso. Alla costruzione del voto finale partecipano inoltre criteri aggiuntivi quali l’impegno, il livello di presenza in laboratorio, la capacità di lavorare in team e il grado di apprendimento finale.