Corso di Biomeccanica

Transcript

1 Università degli Studi di Roma ʺ Tor Vergataʺ Facoltà di Scienze Motorie (L22) AA Corso di Biomeccanica Roma, 23 maggio 2018 Medicina dello Sport Aspetti neuro - psicologici Aspetti Tecnologici Fisiologia e Nutrizione Aspetti Biomeccanici - cinematica - dinamica - cinematica 3-D - attività muscolare Aspetti medici preventivi Analisi Notazionale - analisi del movimento - tattica - tecnica - archiviazione dati - didattica, formazione Modelli di Prestazioni 1

2 La Dinamica E la parte della Fisica che studia il movimento di un punto o di un corpo tenendo conto delle forze che agiscono su di esso e dei vincoli a cui è sottoposto. FONDAMENTALI: Massa = misura la quantità di materia che compone un oggetto Grandezze DERIVATE: Forza Pressione = è il prodotto tra la massa del corpo e la sua accelerazione = è il rapporto tra la forza agente su una superficie e l area della superficie stessa F SOLETTE BAROPODOMETRICHE PIATTAFORME INERZIALI ESTENSIMETRI STRUMENTI da CAMPO - Dinamica 2

3 SOLETTE BAROPODOMETRICHE Tipi di sensori e Utilità Sensori capacitivi: al variare della pressione varia la capacità. Sensori resistivi: al variare della pressione varia il valore della resistenza. Sensori ad inchiostro o polimeri: sfruttano le capacità conduttive di inchiostri o polimeri. - La distribuzione delle pressioni plantari - La variazione della posizione del Centro di Pressione (CoP) - La componente normale alla superficie di applicazione della forza SOLETTE BAROPODOMETRICHE 3

4 Installazione in barca Centralina di acquisizione dati Solette baropodometriche MISURE di PRESSIONE e FORZE sul PUNTAPIEDI senza correzione Pressioni CoP con correzione MISURE di PRESSIONE e FORZE 4

5 ds F Sx SENZA correzione F Dx SENZA correzione ds F Sx CON correzione F Dx CON correzione MISURE di PRESSIONE e FORZE PATTINAGGIO PISTA LUNGA 5

6 SINCRONIZZAZIONE CINEMATICA - DINAMICA VANTAGGI - Facile utilizzo - Facilmente trasportabili e quindi utilizzabili anche all esterno - Versatilità d uso LIMITI - Richiedono una taratura - Fragilità meccaniche dei sensori SOLETTE BAROPODOMETRICHE 6

7 PIATTAFORME INERZIALI Si basano sulla rilevazione dell inerzia di una massa quando viene sottoposta ad una accelerazione. La massa è sospesa ad un elemento elastico, mentre un sensore ne rileva lo spostamento rispetto alla struttura fissa del dispositivo. In presenza di un'accelerazione, la massa (che è dotata di una propria inerzia) si sposta dalla propria posizione di riposo in modo proporzionale all'accelerazione rilevata. Il sensore trasforma questo spostamento in un segnale elettrico acquisibile dai moderni sistemi di misura. PIATTAFORME INERZIALI 7

8 Analisi dei rollii in funzione delle forze applicate Rollio in partenza 4 di Coppia Argento PIATTAFORME INERZIALI Analisi dei rollii in funzione delle forze applicate PIATTAFORME INERZIALI 8

9 Accelerazione (m/s^2) 01/06/2018 T. Jaitner, W. Gawin (2007): Analysis of Badminton smash with a mobile measure device based on accelerometry. XXV International Symposium on Biomechanics in Sports, Brazil Esempi di integrazione dati - acc. polso - acc. schiena PIATTAFORME INERZIALI 9

10 VANTAGGI: Economicità Dimensioni ridotte Leggerezza Dati accelerometri nelle 3 dimensioni spaziali Dati velocità angolari Sincronizzabile con altre strumentazioni LIMITI: Quantità dati Posizionamento Difficoltà interpretazione PIATTAFORME INERZIALI Gli estensimetri elettrici sono costituiti da una o più griglie di conduttore filiforme disposti su un supporto che viene incollato al materiale da testare. L estensimetro è ovviamente anche isolato elettricamente dal materiale sottostante Una volta incollato l estensimetro viene collegato al circuito di lettura e ricoperto di uno strato protettivo ESTENSIMETRI 10

11 T. B. Allen et al. (2011). Effect of tennis racket parameters on a simulated groundstroke. Journal of Sports Sciences, 29(3): Racchette S.M. Nesbit et al (2008). The effects of racket Inertia tensor on elbow loadings and racket behavior for central and eccentric impacts. Journal of Sports Science and Medicine 5, M. Kwan, J. Rasmussen (2010): The importance of being elastic: Deflection of a Badminton racket during a stroke. Journal of Sports Sciences, 28(5): ESTENSIMETRI FY left FY right FX left FX right ESTENSIMETRI 11

12 ESTENSIMETRI Analisi della Partenza VANTAGGI dimensioni ridotte misure precise alta sensibilità ESTENSIMETRI LIMITI sensibili a: sollecitazioni 3D temperatura vibrazioni isteresi 12

13 la CINEMATICA 3D le PEDANE di FORZA il SISTEMA ELETTROMIOGRAFICO STRUMENTI da LABORATORIO Uso di strumenti di elevato livello tecnologico per comprendere meglio e validare le applicazioni della tecnologia più accessibile e pratica da campo STRUMENTI da LABORATORIO 13

14 CINEMATICA 3D MODELLO CINEMATICO del CORPO UMANO 14

15 Protocollo a 23 marcatori MODELLO CINEMATICO del CORPO UMANO Cinematica 3D Cfr CoM: - 3D: 23 marker - 2D: 13 marker CINEMATICA 2D vs 3D 15

16 Traiettorie Velocità CINEMATICA 2D vs 3D Esempio : salto in Alto 16

17 Vel verticale Vel Orizzontale 01/06/2018 Tempo (s) Tempo (s) Velocità Analisi delle Partenze ESEMPIO: Traiettoria CoM 3D 17

18 Angoli (deg) 01/06/2018 Traiettoria CoM 3D SINCRONIZZAZIONE CINEMATICA E DINAMICA Ang. Gin. Dx Ang. Gin. Sx Ang. Braccio Dx Ang. Braccio Sx Ang. Busto Tempo (s) ESEMPIO: Esempi Angoli 18

19 Spostamento Verticale (m) Velocità (m/s) Spostamento Orizzontale (m) 01/06/2018 Vel. Polso del braccio armato Vel. Trocantere del lato braccio armato Vel. Spalla del braccio armato Vel. Sacro Velocità longitudinale Tempo (s) Traiettoria Orizzontale Traiettoria Verticale Tempo (s) Traiettoria del malleolo posteriore lungo gli assi longitudinale e verticale ESEMPIO: Traiettorie e Velocità 22 stroke rate 26 stroke rate 30 stroke rate 34 stroke rate ESEMPIO: CINEMATICA 3D e DINAMICA 19

20 ESEMPIO: CINEMATICA 3D e DINAMICA VANTAGGI: elevata precisione elevata freq. di campionamento consente misure 3D Integrazione cinematica-dinamica e sistema EMG LIMITI: costi montaggio, alimentazione interferenze esterne (luce solare) calibrazione CINEMATICA 3D 20

21 Forza (N) Visualizzazione 3D 01/06/2018 Tempo (s) PEDANE DINAMOMETRICHE Consentono la misura delle forze e dei momenti applicati dal piede sul terreno durante il gesto tecnico PEDANE DINAMOMETRICHE 21

22 Impulso CMJ SJ Picco curva FVert Superamento del 5% della Forza peso Tempo (s) Tempo (s) Tempo di Stacco Tempo di Volo Tempo di Stacco Tempo di Volo ESEMPIO: Analisi delle Forze Forze Verticali Forze Forza media del piede Sx Istante tiro Forza media del piede Dx ESEMPIO: Analisi delle Forze 22

23 Forze (N) Angolo (deg) 01/06/2018 Forze Verticali Forze ESEMPIO: Analisi delle Forze Salto in Lungo Tempo (s) Integrazione Cinematica 3D-Dinamica Tempo (s) 23

24 Force (N) Force (N) 01/06/2018 Analisi Cinematica e Dinamica dei Tuffi Prima della Correzione Dopo la Correzione Forniscono anche la posizione del Centro di Pressione (COP): punto di applicazione del vettore forza corrispondente alla reazione vincolare del suolo. Rappresenta una media pesata delle pressioni sulla superficie di contatto con il suolo. Coordinate del CoP: Xcop= My/Fz Ycop= -My/Fz PEDANE DINAMOMETRICHE 24

25 Sway Path (mm) 01/06/2018 Analisi Lunghezza del Gomitolo Sway Path: Piede dietro Tiri ESEMPIO: Analisi del CoP Sway Path: Piede avanti Sway Path: Piede avanti VANTAGGI - Ricostruzione 3D della dinamica - Misure molto accurate - Versatilità d uso LIMITI - Costo elevato e necessità di calibrazione periodica (complessa) - Scarsa utilizzabilità per prove sul campo - Nessuna informazione sul movimento dei singoli arti (nel caso se ne utilizzi una sola) PEDANE DINAMOMETRICHE 25

26 SISTEMA ELETTROMIOGRAFICO Consente di: - definire la sequenza di attivazione dei muscoli interessati al gesto tecnico; - di poter stabilire una correlazione qualitativa tra ampiezza del segnale elettrico e la forza generata Bicipite Pettorale Perché si effettua un analisi elettromiografica? Deltoide Retto femorale SISTEMA ELETTROMIOGRAFICO 26

27 EMG Signal EMG Signal EMG Signal RMS RMS RMS 01/06/2018 ESEMPIO Segnale EMG ESEMPIO Segnale EMG Trapezio Inferiore Left Right Raw Signal RMS Raw Signal RMS Trapezio Superiore Raw Signal RMS Raw Signal RMS Deltoide Raw Signal RMS Time Raw Signal RMS 27

28 Tempi attivazione muscolare Fase di tiro Stacco Atterraggio ESEMPIO Segnale EMG Rilascio ESEMPIO Segnale EMG 28

29 Ampiezza Ampiezza Ampiezza Frequenza (Hz) 01/06/2018 Affaticamento 1 Affaticamento 2 Affaticamento 1 Affaticamento 2 Affaticamento 2 Affaticamento 1 Affaticamento 1 Affaticamento 2 Affaticamento 2 Affaticamento 2 Affaticamento 1 Affaticamento 1 Andamento della Media delle Ampiezze dei segnali EMG vs. nr. di freccia ESEMPIO Segnale EMG Si considerano solo gli inviluppi con filtro a 10 Hz perché le correlazioni con gli inviluppi con filtro a 50 Hz sono molto forti, con R> Segnale Tempo (s) 2. Spettro del Segnale Frequenza (Hz) 3. Segnale Tempo - Frequenza Tempo (s) Esempio di Analisi Wavelet 29

30 Attivazione muscolare ESEMPIO Segnale EMG VANTAGGI - Ingombro minimo (peso e dimensioni) - Sistema wireless privo di cavi - Sistema pocket non risente di interferenze esterne - Versatilità d uso LIMITI: - Costi -Cavi per il sistema pocket -Pelle pulita - Interferenze esterne (segnali wireless) SISTEMA ELETTROMIOGRAFICO 30

31 W. K. Heisenberg: Principio di Indeterminazione (1927) Per poter determinare con precisione la posizione e la velocità di un corpo in movimento è necessario non modificare il fenomeno da studiare con la nostra osservazione La strumentazione ed il laboratorio disturbano il gesto? Che errore si è disposti ad accettare nella misura? INTERDIPENDENZA OSSERVATORE-OSSERVATO E con questa slide vi auguro buona giornata e vi ringraziamo per la cortese attenzione!!! 31