Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

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1 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport gennaio 2012

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3 Saluto Scienze, tecnologia e sport Oggi lo sport, ai suoi massimi livelli, si presenta soprattutto come terreno per il grande business. In molti campi l attrattività, il seguito popolare e quindi la circolazione di ingenti somme di denaro sono strettamente legati all eccezionalità delle prestazioni assicurate dagli atleti. Limiti e traguardi che un tempo apparivano irraggiungibili oggi sembrano solo tappe di una progressione inarrestabile. La scienza è così diventata protagonista assoluta di un cammino che non sappiamo bene dove ci porterà. Ma attenzione, così come c è sport e sport (da quello di super élite a quello di massa, in una paletta enorme di declinazioni) c è scienza buona e scienza cattiva. Quale sia quest ultima e cosa combini lo sappiamo tutti, anche se molto spesso, praticata nel buio dell illegalità, neppure immaginiamo sino a dove riesca a spingersi. La scienza buona invece merita luce, visibilità, conoscenza. Darle luce e visibilità diffondendo conoscenza è proprio lo scopo di queste «Giornate della scienza e della tecnica applicate allo sport». I laboratori che sono stati organizzati sono decisamente affascinanti. Ma ancora più affascinante è l idea di avvicinare i giovani a questo connubio all apparenza tanto eterogeneo e invece così strettamente interconnesso. È profondamente didattico l intento di portare la conoscenza scientificamente e tecnologicamente più avanzata anche là dove le passioni e le emozioni all apparenza hanno il predominio. Sono quindi fiero che il DECS contribuisca fattivamente all organizzazione di queste Giornate. Augurando pieno successo all evento mi piace porgere, a mo di saluto, a tutte e tutti i partecipanti queste due belle verità, forse un po romantiche ma tanto vicine all essenza dell attività sportiva, ricordate da altrettanti grandi personaggi di quel mondo. «I campioni non si fanno nelle palestre. I campioni si fanno con qualcosa che hanno nel loro profondo: un desiderio, un sogno, una visione». (Muhammad Ali) «La grande popolarità del calcio nel mondo non è dovuta alle farmacie o agli uffici finanziari, bensì al fatto che in ogni piazza, in ogni angolo del mondo c è un bambino che gioca e si diverte con un pallone tra i piedi». (Zdenek Zeman) Manuele Bertoli, Consigliere di Stato Direttore del Dipartimento dell educazione, della cultura e dello sport Repubblica e Cantone Ticino Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 3

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5 Un offerta consolidata e ampliata Vi porgo il più cordiale benvenuto a Sportech, le giornate della scienza e della tecnologia applicate nello sport. L atteso evento, che ricorre a ritmo biennale, è giunto alla quarta edizione e si sta sempre più consolidando. Il programma è stato ampliato qualitativamente per meglio soddisfare le esigenze delle numerose scuole iscritte e del pubblico interessato. Questo miglioramento si è reso possibile grazie all intensificazione delle collaborazioni con il settore universitario svizzero e, in modo particolare, con la Scuola universitaria professionale della Svizzera italiana (SUPSI). Siamo certi che tutti i trenta atelier interattivi proposti vi sapranno interessare, coinvolgere e talvolta anche stupire. Il carattere della manifestazione rimane improntato all educazione, alla divulgazione e quindi non ha risvolti commerciali. È doveroso ringraziare per il prezioso sostegno i principali enti coinvolti: il Dipartimento Educazione, Cultura e Sport del Canton Ticino; Swisslos; l Accademia svizzera delle scienze tecniche; l Ente ospedaliero cantonale e il Centro di medicina e chirurgia dello sport dell Ospedale la Carità. Questa pubblicazione e il sito internet vogliono servire da accompagnamento a tutti i visitatori, nonché fungere da utile supporto didattico ai docenti iscritti per approfondire anticipatamente in classe le differenti tematiche assegnate. Una buona preparazione non può che impreziosire il contatto con gli esperti che animano la manifestazione. Termino ringraziando sentitamente i colleghi di comitato, i quali con il loro entusiasmo e la loro grande competenza hanno contribuito in maniera determinante al successo di Sportech Vi auguro delle appassionanti giornate a Tenero! Un evento di grande successo Nel 2006 a Aigle, presso il Centro Mondiale del Ciclismo, l Accademia svizzera delle scienze tecniche (SATW) propose la prima giornata «Sportech» con l obiettivo di presentare applicazioni scientifiche e tecnologiche innovative nell ambito dello sport, sia popolare che competitivo. Si tratta di una manifestazione di carattere didattico, divulgativo e non commerciale. È l occasione per studenti e docenti, atleti e allenatori, ma anche per semplici curiosi, di scoprire in modo interattivo alcune applicazioni della ricerca scientifica e tecnologica nello sport e nella medicina. Nel 2007 il Centro sportivo nazionale della gioventù di Tenero raccolse l idea d organizzare questo evento anche nella Svizzera italiana. Nacque così «Sportech» 2007 che ottenne subito un grande successo. L anno seguente si tenne la seconda edizione alla quale parteciparono più di 1600 studenti in 25 atelier. Dato il grosso lavoro preparatorio e organizzativo si decise di continuare a proporre «Sportech», ma a un ritmo biennale. Seguì «Sportech» 2010, ampliata per le scuole su tre giorni. Ora è diventata realtà la quarta edizione «Sportech» Scopi dell Accademia svizzera delle scienze tecniche sono l impegno a favore di uno sviluppo della tecnica per il benessere della società, il favorire una maggior sensibilizzazione e comprensione per le applicazioni tecniche e la promozione della formazione di un maggior numero di giovani alle professioni delle scienze naturali, tecniche e ingegneristiche. Sempre di più risulta che la Svizzera, per mantenere l attuale livello di innovazione e di competitività, deve impegnarsi al massimo nella formazione scientifica dei propri giovani. L Accademia sostiene e segue quindi con grande interesse gli eventi «Sportech» e soprattutto «Sportech» 2012 al CST, garanzia, viste le edizioni precedenti, di alta qualità. Alan Matasci Responsabile sportivo CST Presidente del Comitato d organizzazione di Sportech Giovanni Zamboni Esperto della SATW Membro del comitato d organizzazione di Sportech Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 5

6 Angolo del polmone L atelier offre la possibilità di realizzare tre step di una durata di cinque minuti a differenti intensità sottomassimali su cicloergometro con misura diretta del consumo d ossigeno (V O 2 ) e della produzione d anidride carbonica (V CO 2 ) con lo scopo di determinare la variazione della V O 2, della V CO 2 e della spesa energetica a differenti intensità durante un esercizio fisico di tipo aerobico. Il metabolismo ossidativo è il principale processo tramite cui l organismo, consumando dell O 2 e producendo del CO 2, genera l energia necessaria agli sport di resistenza e alla maggior parte delle attività fisiche. L energia creata dal metabolismo ossidativo proviene dall ossidazione dei substrati/nutrimenti (principalmente il glucosio e gli acidi grassi). Lo studio degli scambi gassosi (V O 2 e V CO 2 ) durante un esercizio fisico è dunque un metodo che permette di poter valutare la spesa energetica dell esercizio stesso. Quest ultima è un elemento di primordiale importanza per la nostra salute. Infatti, una spesa energetica pari a quella dell apporto energetico (cibo), mantiene la nostra bilancia energetica a uno stato d equilibrio. D altro canto, una spesa energetica inferiore all apporto energetico (come nel caso di una persona sedentaria) può generare una bilancia energetica positiva con conseguente aumento di peso, che, con il tempo, può portare ad un sovrappeso o un obesità e aumentare quindi i fattori di rischio per lo sviluppo di malattie cardiovascolari e di patologie secondarie (diabete di tipo 2, ipertensione arteriosa). Già da parecchi anni, i ricercatori hanno evidenziato i notevoli e molteplici benefici di una regolare attività fisica, principalmente di moderata intensità (esercizio aerobico), sulla salute generale della persona. Infatti, l attività fisica permette di avere una maggiore spesa energetica quotidiana, aiutando così il mantenimento di un peso corporeo corretto, e prevenire quindi i rischi di sviluppo delle malattie cardiovascolari. Relatore: Stefano Lanzi, 6 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

7 Piattaforme virtuali e visualizzazioni 3D Università della Svizzera italiana Facoltà di scienze informatiche Nell atelier verranno presentate alcune possibilità di allenamento sportivo individuale attraverso visualizzazioni 3D in ambienti virtuali. Il partecipante avrà la possibilità di interagire con la piattaforma utilizzando moderni strumenti dotati di sensori in grado di simulare e produrre sensazioni realmente percepite dall utente. Egli sarà così in grado di registrare i suoi movimenti e di visualizzarli in 3D con l obiettivo di correggere e di migliorare la propria prestazione. In questo modo lo strumento informatico diventa un avversario e un allenatore su cui fare affidamento per affinare la propria tecnica. L atelier illustrerà la tecnica attraverso l esempio del tennistavolo. Immaginate di dovervi allenare per una partita di ping-pong e né il vostro allenatore, né i vostri amici sono disponibili per aiutarvi. Combinando le caratteristiche del Kinect di Microsoft e di un proiettore 3D il vostro partner sarà il computer e potrete allenarvi senza l aiuto di altre persone. Attraverso questo sistema sarà possibile esercitare alcune particolari tecniche utilizzando colpi predefiniti oppure casuali. Vi sembrerà di essere davanti a un tavolo da ping-pong e di affrontare un avversario come in una situazione reale. Responsabili della ricerca: proff. Kai Hormann, Marc Langheinrich, Michael Bronstein Relatore: Ing. Mauro Prevostini Il setup virtuale offrirà diversi vantaggi. Innanzitutto sarà possibile selezionare il livello di bravura dell avversario e adattarlo alle capacità dell atleta. In secondo luogo si potrà modificare la velocità e il coefficiente di rimbalzo della pallina, in modo da poter allenare la reazione dell atleta. Infine, tutte le azioni e i movimenti potranno essere registrati per essere analizzati con l obiettivo di aiutare l atleta a migliorare le proprie capacità tecniche. Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 7

8 Elettromiografia nello sport fini dell ottimizzazione delle performance di un atleta grazie al monitoraggio di contrazioni e rilassamenti delle varie fasce muscolari durante l allenamento, la cui analisi permette di capire come e quali muscoli reagiscono agli stimoli nervosi e con che velocità. Questo rende possibile la verifica dell effetto dell allenamento sull atleta. L elettromiografo permette anche di valutare il grado d affaticamento di un atleta a un determinato numero di ripetizioni del medesimo esercizio. Come mai in occasione di una gara di 100 m alcuni atleti escono dai blocchetti di partenza più rapidamente di altri? Dallo sparo alla reazione passano poco più di 100 millisecondi: cosa capita in questa frazione di tempo? Succede che il cervello, non appena ricevuto il segnale acustico, trasmette attraverso il sistema nervoso degli stimoli che si diramano verso tutti i gruppi muscolari impiegati, governando la loro attività e permettendo una rapida e potente spinta. Irene Pusterla ha stabilito il nuovo primato svizzero del salto in lungo grazie a una muscolatura dalle qualità del tutto speciali, allenata per esprimere dei livelli di forza molto elevati ma soprattutto a eseguire delle contrazioni rapidissime in funzione degli stimoli provenienti dal cervello. La rapidità di contrazione muscolare può essere oggi rilevata con un elettromiografo, un apparecchio utilizzato in medicina per la riabilitazione dei pazienti. Nello sport d elite, l elettromiografo può rivelarsi utile ai Alla SUPSI si sta sviluppando un innovativo elettromiografo portatile senza fili per permettere agli sportivi di eseguire più agevolmente le diverse esercitazione che s intende analizzare per migliorare le prestazioni. Presso l atelier verrà spiegato il principio di misura della contrazione muscolare con elettromiografia. Dal lato pratico i ragazzi saranno invitati a verificare la propria rapidità d esecuzione muscolare a partire da uno stimolo, quale l accensione di una lampadina o un impulso acustico. Relatori: Andrea Salvadè, Manuela Maffongelli, Martino Casanova 8 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

9 Angolo del muscolo Che suono produce un muscolo quando si contrae? È possibile comporre musica con il suono prodotto dai muscoli? Si può imparare a controllare un «Avatar virtuale» con i segnali bioelettrici generati dal nostro corpo? Si può guidare un automobile senza mani, solamente alzando le sopracciglia? Quando contraiamo un muscolo questo produce un segnale elettrico che può essere registrato con elettrodi applicati sulla pelle. L elettromiografia di superficie è la scienza che studia l elettricità prodotta dai muscoli per poterne capire meglio il funzionamento. I segnali elettrici prelevati possono essere trasformati in immagini e suoni, e possono essere utilizzati come interfaccia di controllo tra uomo e macchina. Le applicazioni che si possono immaginare sono infinite: dalla generazione di musica prodotta dal movimento del corpo in una fusione di danza e musica, al controllo di videogiochi o avatar, fino alla totale compenetrazione tra uomo e macchina, in cui un esoscheletro controllato dai segnali bioelettrici può trasformare l uomo in un vero e proprio cyborg. Le tecnologie necessarie per elaborare i segnali trasformandoli in suoni, immagini o interfacce uomo-macchina sono state sviluppate presso il laboratorio del Politecnico di Torino LISiN (Laboratorio di Ingegneria del Sistema Neuromuscolare). Questo centro d eccellenza in Europa e nel mondo ha sede a Torino, dove lavorano a stretto contatto fisici, medici, fisioterapisti e ingegneri. Le applicazioni dell elettromiografia come controllo di videogiochi sono state sviluppate nell ambito di collaborazioni con enti e centri di ricerca europei, tra cui anche la SUPSI di Lugano. Durante l atelier saranno illustrate tramite l utilizzo di videogiochi alcune caratteristiche del sistema neuromuscolare. I ragazzi avranno la possibilità di utilizzare videogiochi basati sul controllo neuromuscolare, di ascoltare il suono dei propri muscoli e di generare musica controllata dalla contrazione muscolare. Relatore: Marco Barbero Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 9

10 Cura delle ossa dalla testa ai piedi Il trattamento chirurgico dello scheletro umano con placche e viti metalliche ebbe i suoi inizi alla fine del 19 secolo. Dato l elevato rischio d invalidità come conseguenza della lunga degenza prescritta dall allora tipico trattamento conservativo di molte fratture (cioè a letto, immobili per più di 40 giorni), negli anni 50 un gruppo di chirurghi visionari si misero in contatto con delle ditte di prodotti metallurgici per realizzare un trattamento chirurgico che offrisse ai pazienti procedure operatorie affidabili, risultati positivi e recuperi rapidi. Come guarisce un osso fratturato? Come ha potuto Didier Cuche partecipare subito a delle gare di sci nonostante la frattura al suo pollice? Quali sono le tecniche ortopediche oggi a disposizione per accelerare la guarigione? Quali sono le proprietà più importanti del tessuto osseo? Le ossa del braccio destro di Roger Federer hanno le stesse caratteristiche meccaniche di quelle del suo braccio sinistro? Presso l atelier della nostra ditta troverete le risposte a queste e ad altre domande. Avrete inoltre la possibilità di vedere ed usare diversi prodotti di Synthes. Nella funzione di novelli chirurghi potrete operare su delle ossa di plastica e testare il funzionamento di trapani, martelli, cacciaviti, pinze ed altri strumenti che si trovano quotidianamente in sala operatoria. Relatore: Dr. sc. techn. Andrea Tami > International 10 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

11 Piante medicinali nello sport La Fondazione Alpina per le Scienze della Vita (FASV) sostiene, coordina e promuove la formazione e la ricerca nell ambito delle scienze della vita, con particolare attenzione allo studio e alla conoscenza delle piante medicinali e aromatiche, delle molecole e/o dei principi attivi in esse contenute e delle loro implicazioni terapeutiche in ambito medico e veterinario. Relatrice: Michela Pedroli Che cosa sono le piante medicinali? Perché vengono definite tali? In quali settori possono essere impiegate? Dove le possiamo trovare? Quali sostanze contengono e come esse agiscono a livello del nostro organismo? Come possiamo distinguere le piante benefiche da quelle tossiche? Tutti possono utilizzare le piante medicinali? Per poterle utilizzare nel nostro quotidiano dobbiamo essere chimici, farmacisti, biologi o fitoterapisti? Anche lo sportivo potrebbe impiegare le piante medicinali? Tali piante, o i loro estratti, potrebbero costituire una valida alternativa ai prodotti sintetici nel settore alimentare, cosmetico e terapeutico? L atelier si propone di dare risposta a queste e ad altre domande mediante una presentazione interattiva con diapositive e la preparazione, da parte di ciascun partecipante, di alcuni prodotti utilizzabili dallo sportivo ma non solo. Prodotti in cui l addizione di fitoderivati conferisce un alto valore aggiunto: creme ad azione cicatrizzante o per le contusioni, oli tonici, prodotti ad azione rilassante, tonificante o lenitiva per i dolori muscolari. I prodotti potranno essere portati a casa da ciascun partecipante. Durante l atelier verranno inoltre mostrati utensili, strumenti ed alcune apparecchiature utilizzati attualmente nei laboratori di analisi della fondazione. I partecipanti vestiranno i panni degli analisti mettendo alla prova alcune delle loro capacità analitiche. Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 11

12 Dal pensiero al movimento Un complesso passo di danza o una semplice stretta di mano: ogni azione ha origine nel nostro cervello ed è il risultato di una complessa catena di eventi neurobiologici, è il frutto, in altre parole, di un «pensiero» più o meno cosciente. Il laboratorio offrirà spunti di riflessione attorno al cervello e al suo rapporto con il movimento, attraverso l analisi di paradossi e la misurazione dell attività cerebrale, per capire, per esempio, cosa avviene quando ci concentriamo prima di un esercizio, quando facciamo un movimento o ci rilassiamo. Lo sviluppo di tecniche d indagine e di visualizzazione sempre più sofisticate ha permesso di fare grandi passi avanti nella conoscenza di questi meccanismi, lasciando, tuttavia, ancora un profondo alone di mistero intorno a questo organo. Toccheremo temi di grande suggestione, parleremo di neuroni specchio, che si attivano durante l esecuzione ma anche durante la mera osservazione di un gesto, mostreremo come sia possibile misurare l attività cerebrale grazie a una sorta di EEG (elettroencefalogramma) semplificato ottenuto con uno dei primi strumenti per il pubblico, che propone anche semplici forme d interazione cervello-computer (Emotiv sytem). Usato sia per scopi didattici, sia di ricerca, Emotiv permette, per esempio, di cogliere la differenza, a livello d attività cerebrale, fra uno stato di veglia, di rilassamento e uno di profonda concentrazione, mostrando come cambia tale attività al variare delle nostre azioni. samento, ad applicazioni più sofisticate in cui è possibile muovere oggetti virtuali attraverso l attività cerebrale. Innovazioni e tecnologie che troveranno sempre più spazio non solo nell ambito della ricerca o dell intrattenimento, ma anche della preparazione atletica e del sostegno a persone con handicap fisico. Il laboratorio interattivo sarà condotto da un animatore scientifico. Referente: Giovanni Pellegri, Video presentazione EMOTIV: hbou&feature=related Siamo agli inizi, ma già è possibile intravedere i futuri sviluppi, e alcuni esempi potremo sperimentarli insieme: da semplici applicazioni ludiche, come Mindball, il gioco che mette alla prova la nostra capacità di rilas- 12 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

13 Corpo e cervello: riconoscersi, ingannarsi Quello sono io? Quante volte guardando la nostra immagine riflessa in uno specchio ci siamo fatti questa domanda? Snello, muscoloso, basso o col naso storto, come ci vediamo dipende in buona parte solo dal nostro cervello; la percezione che abbiamo del nostro corpo è sempre filtrata dalla mente, addirittura dagli stati d animo, più in generale possiamo considerarla una costruzione del nostro cervello. Qual è dunque l immagine reale del nostro corpo? Come ci riconosciamo? E se è un immagine costruita, è possibile cambiarla o lasciarsi ingannare? Attraverso giochi di specchi, illusioni, exhibit interattivi, mostreremo come sia possibile mettere in crisi la percezione del nostro corpo. Faremo esperienze che permettono di affrontare il problema della lateralità, la capacità che ha l uomo di riconoscere la parte destra e sinistra. Indagheremo il ruolo della vista e del sistema propriocettivo mettendo alla prova il nostro equilibrio. Se chiudiamo gli occhi e cerchiamo di restare fermi su una gamba sola, ci rendiamo conto dell importanza della vista, ma anche di un sistema come quello propriocettivo che permette di percepire in ogni istante il tono dei muscoli e la tensione dei tendini. La vista gioca un ruolo fondamentale nella percezione del corpo, lo dimostrano esperienze basate proprio su giochi di specchi, come nel caso della celebre illusione dell arto fantasma. Giochi ed esercizi che possono diventare anche terapie riabilitative, come la cosiddetta «Mirror therapy», usata per ridurre il dolore di chi, per esempio, ha subito amputazioni. L integrazione sensoriale per via visiva, più l osservazione del movimento riflesso nello specchio, danno l illusione propriocettiva di avere ancora un arto che risponde ai comandi; movimento e dolore in questo senso sono strettamente collegati e dipendono dall immagine che il cervello crea del proprio corpo. Riconoscersi o ingannarsi dunque? Impareremo a guardarci allo specchio in modo diverso. Il laboratorio interattivo sarà condotto da un animatore scientifico. Relatore: Giovanni Pellegri, Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 13

14 Misurazione della massa corporea Lo studio della composizione del corpo umano nata dalle ricerche sull impedenza del corpo umano si è evoluto con la tecnica della bioimpedenza. Già negli anni Settanta si scoprì che l impedenza misurata a basse frequenze stima soprattutto l acqua extracellulare (ECW, in inglese, extracellular water), mentre le misure ad alta frequenza sono predittive dell acqua totale (TBW; total body water). Quando una corrente elettrica è applicata a un cilindro riempito con una soluzione salina, il fluido si oppone al passaggio della corrente quanto più alta è la sua resistenza elettrica (R, espressa in ohm, Ω). La resistenza è direttamente proporzionale alla lunghezza L e inversamente al diametro D. Se si sostituisce una parte del fluido con grasso (che è un conduttore scadente), la resistenza aumenta. Se consideriamo il corpo umano come una serie di cilindri uniti tra di loro (braccia, tronco, gambe), la resistenza misurata considerando l intero corpo rifletterà la sua composizione. In questo atelier mostreremo come praticamente si svolge la misurazione e come si può monitorare la composizione corporea. Relatore: Andrea Beltraminelli 14 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

15 Elettrostimolazione L elettrostimolazione è una tecnica usata in fisioterapia da molti anni. Plebiscitata dal mondo medico, è parte integrante dei protocolli di rieducazione e presa a carico del dolore. Il suo principio è molto semplice, perché rispetta il funzionamento del nostro corpo riproducendo fedelmente i processi che intervengono nella contrazione muscolare azionata dal nostro cervello. Quando noi decidiamo di contrarre un muscolo, il nostro cervello invia un ordine sotto forma di segnale elettrico che le fibre nervose trasmettono velocemente al muscolo il quale a sua volta reagisce con una contrazione. L elettrostimolazione agisce direttamente sul nervo motorio tramite un impulso elettrico mirato che garantisce efficacia, sicurezza e un uso confortevole. Il muscolo è incapace di fare la differenza tra una contrazione volontaria (azionata dal cervello) e una contrazione indotta a livello elettrico: il lavoro prodotto è identico. Pertanto l elettrostimolazione permette di fare della muscolazione, della riabilitazione, dei massaggi o dei trattamenti antidolorifici, diminuendo la dipendenza da medicamenti. Il trattamento avviene in posizione seduta o coricata, nello studio di un fisioterapista, nella propria casa o all hotel se si è in viaggio. Grazie ai progressi tecnologici, ora è possibile far muovere i propri muscoli senza bisogno di ricorrere a cavi che, finora, servivano per inviare l impulso elettrico. I nuovi apparecchi che sfruttano il wireless saranno presentati in anteprima all atelier dedicato all elettrostimolazione. Relatore: Donato Stefanelli Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 15

16 Linguaggio e apprendimento L Istituto Sant Eugenio e il suo Centro oto-logopedico intendono portare all attenzione dei visitatori il ruolo del linguaggio nell apprendimento, le eventuali problematiche e i possibili strumenti riabilitativi offerti dalla tecnologia. Che cos è il linguaggio e come si sviluppa? Il linguaggio è un sistema di comunicazione tra individui. Grazie al linguaggio si trasmettono informazioni attraverso un sistema di simboli finiti combinati in accordo secondo le regole della grammatica. Questi simboli possono essere sonori (quello che noi diciamo) o visivi (quello che noi scriviamo). Il linguaggio viene appreso durante i primi anni di vita (da 0 a 4 anni) secondo un percorso che parte dalla semplice produzione di alcuni suoni isolati, di suoni combinati in parole, di parole combinate in frasi per arrivare alla produzione di un discorso comprensibile nella sua interezza con frasi combinate fra loro. Quali sono le basi biologiche interessate dal linguaggio? Per parlare abbiamo bisogno del sistema nervoso (cervello e sistema nervoso periferico) e dell apparato fonatorio (bocca, laringe e polmoni). Il linguaggio nella scuola: quali possono essere le sue problematiche? Nella scuola si possono incontrare allievi che presentano difficoltà negli apprendimenti della: lettura, si parla allora di dislessia (difficoltà che coinvolge la rapidità e la correttezza con cui si legge); scrittura, si parla allora di disortografia (difficoltà ad automatizzare le regole dell ortografia); matematica, si parla allora di discalculia (difficoltà nell apprendere o nell automatizzare compiti numerici e aritmetici di base). Queste difficoltà possono presentarsi combinate. Cosa sono la logopedia e il sostegno nella scuola? Logopedista letteralmente significa «colui che educa al linguaggio», perché la sua funzione è quella di risolvere i disturbi legati alla comunicazione, sia orale sia scritta. L insegnante di sostegno invece è la figura che in alcuni casi affianca la logopedista per il recupero degli aspetti scolastici. Quali strumenti riabilitativi e compensativi? Oltre ad avvalersi di strumenti cartacei, i ragazzi con difficoltà possono utilizzare il computer in terapia, a scuola e a casa sia per esercitarsi sia come supporto per lo studio. Durante la presentazione sarà possibile sperimentare direttamente alcune attività informatizzate che quotidianamente vengono da noi utilizzate nella pratica lavorativa. Relatrici: Logopediste dell Istituto Sant Eugenio Centro oto-logopedico 16 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

17 Videoanalisi sportiva Con il software di videoanalisi sportiva per eccellenza «Dartfish», potrete sperimentare e comparare la tecnica di esecuzione dei gesti sportivi oppure analizzare la tattica di gioco. Analisi delle prestazioni Il modulo «Analisi» di Dartfish dispone di una gamma completa di funzionalità che permettono di migliorare l osservazione e l interpretazione delle prestazioni sportive. Confronto di video È possibile affiancare e confrontare fino a quattro video clip oppure sovrapporre due video clip. La sincronizzazione e il confronto dell azione nei clip sono operazioni semplici e rapide. Annotazione dei video clip Un set di strumenti di disegno e di testo consente di migliorare l osservazione, effettuare misurazioni di distanze, angoli e tempi e aggiungere testo ai video clip. Relatore: Oliver Volery Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 17

18 Mediateca dello sport Ufficio federale dello sport UFSPO La Mediateca dello sport dell Ufficio federale dello sport UFSPO è la più grande del suo tipo in Svizzera. Essa mette a disposizione degli studenti della Scuola universitaria federale dello sport Macolin SUFSM e di tutte le altre persone interessate più di titoli in tedesco, francese, italiano e inglese. Propone libri, riviste e prodotti multimedia sui temi seguenti: tutti i campi scientifici che riguardano lo sport materie legate a Gioventù+Sport medicina dello sport pedagogia dello sport psicologia dello sport sociologia dello sport storia dello sport sport e diritto. Le pubblicazioni possono essere prese in prestito o consultate sul luogo o sul posto di lavoro. La Mediateca dello sport Macolin è collegata con le principali biblioteche universitarie dei cantoni di Basilea e Berna per il tramite della rete IDS Basel/Bern (Informationsverbund Deutschschweiz). Relatore: Markus Küffer 18 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

19 Angolo del cuore L angolo del cuore presenta la diagnostica dell organo sotto sforzo e a riposo. Vedrete il cuore nella sua funzionalità grazie a tecnologie di alta qualità. Elettrocardiogramma (ECG) basale L attività cardiaca è un fenomeno prevalentemente meccanico, avendo alla base eventi biochimici ed elettrici. Questi ultimi possono essere rilevati all esterno da particolari strumenti chiamati elettrocardiografi. L ECG basale è il più semplice esame strumentale cardiologico e consiste nella rappresentazione grafica degli eventi elettrici propri del cuore. Infatti, le varie onde registrate corrispondono a differenti momenti dell attività cardiaca (contrazione e rilascio). ECG da sforzo L ECG da sforzo consiste nella registrazione dei fenomeni elettrici che avvengono durante lo svolgimento di un attività fisica. Solitamente lo sforzo è effettuato sulla cyclette o sul tappeto ruotante ed è reso progressivo dall aumento costante del carico di lavoro. Durante la prova, la pressione arteriosa e il ritmo cardiaco sono costantemente visualizzati attraverso un monitor collegato all elettrocardiografo. Ecocardiogramma L ecocardiografia è una metodica diagnostica che permette la visualizzazione in diretta delle strutture cardiache. Per l ottenimento delle immagini vengono sfruttati i fenomeni di trasmissione, riflessione e refrazione degli ultrasuoni. Questi ultimi sono delle onde meccaniche con delle frequenze elevatissime, non udibili, che possono essere dirette in fasci e che, obbedendo alle leggi fisiche di trasmissione, riflessione e rifrazione permettono la ricostruzione di immagini in tempo reale. Si tratta di un esame innocuo, senza irradiazione e indolore. Qual è l utilità di questa tecnologia nello sport? Una semplice raccolta di eventuali disturbi accusati dallo sportivo, associata a un esame clinico unitamente all esecuzione di un semplice elettrocardiogramma, permette di mettere in evidenza la maggior parte delle anomalie che possono colpire il cuore. Nel caso in cui dovessero presentarsi dei dubbi diagnostici si potrebbe ricorrere agli esami di secondo livello come l ECG da sforzo e/o l ecocardiografia. Questi due ultimi esami non vengono eseguiti di routine negli sportivi con età compresa tra anni. Relatori: Dr. med. Fabio Sartori, Dr. med. Marcello Di Valentino e Dr. med. Andrea Menafoglio, Servizio di Cardiologia, Ospedale San Giovanni, 6500 Bellinzona Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 19

20 Impianti sportivi Ufficio federale dello sport UFSPO Il servizio degli impianti sportivi dell Ufficio federale dello sport UFSPO è il centro nazionale di competenza in materia di pianificazione, costruzione e gestione degli impianti sportivi. Per impianti sportivi si intendono: impianti outdoor, palestre e palazzetti sportivi, piscine, impianti per gli sport su ghiaccio impianti sportivi specifici. Le nostre perizie sono ugualmente a disposizione dei nostri clienti interni ed esterni. Esse trattano i temi più disparati: funzionalità degli impianti sportivi, tecniche di costruzione, sfruttamento del territorio e gestione dei progetti. D altro canto, ci impegniamo in favore di un habitat propizio al movimento e portiamo avanti il Concetto degli impianti sportivi di importanza nazionale, cantonale e comunale. Nel corso di Sportech 2012 sarà possibile approfondire le questioni relative alla costruzione e alla ristrutturazione di impianti sportivi, così come visionare le pubblicazioni di questo servizio di consulenza. Relatore: Martin Schwendimann 20 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

21 Monitoraggio dell allenamento tramite sensori Ufficio federale dello sport UFSPO La Scuola universitaria federale dello sport di Macolin SUFSM opera su quattro fronti: sport e società, sport ed educazione, sport e prestazione, studi di sport. Per quel che attiene l ambito della prestazione si interessa a quei fattori che influiscono sulla performance sportiva. Gli aspetti più importanti si riferiscono all allenamento e agli stili di vita motori. I misuratori dell accelerazione permettono di definire e di valutare in modo obiettivo il comportamento nella vita quotidiana, durante l allenamento o in gara. In collaborazione con un laboratorio della Scuola universitaria professionale del Canton Berna, la SUFSM ha sviluppato un sensore programmabile, che include un misuratore di accelerazione tridimensionale e può ricevere dati da altri sensori. In questo modo si può ottenere una rete di sensori privi di cavo che misura i movimenti del corpo e delle sue estremità. I dati riguardanti la frequenza cardiaca aiutano a stimare con un buon grado di precisione il consumo energetico durante l esecuzione di questi movimenti. Questi sensori possono essere applicati su vari gruppi della popolazione, in modo tale da raccogliere informazioni rilevanti sulle loro abitudini motorie e sportive. Ad esempio si è pensato di dotare i militi di questi sensori per valutare gli sforzi fisici durante il servizio militare. Se si mettono in relazione questi risultati con altri dati riguardanti il fitness e gli infortuni, si possono trarre delle correlazioni interessanti e utili. Inoltre è possibile raccogliere dati riguardanti l attività degli scolari durante le lezioni di educazione fisica così come le prestazioni di atleti in allenamento o in gara. Anche questi risultati si possono correlare con informazioni riguardanti la pianificazione e lo sviluppo della capacità di prestazione. Relatori: MSc. Martin Rumo, Dr. Urs Mäder Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 21

22 Agire insieme nello sport Se seguiamo una partita di calcio o di pattinaggio artistico, possiamo notare come le azioni corali, per aver successo, devono essere adattate e coordinate da tutti i componenti del gruppo. Già un solo passaggio fra due giocatori nella pallacanestro o nel calcio durante un azione di attacco richiede a entrambi i giocatori la capacità di prevedere e di pronosticare il comportamento del compagno. Di conseguenza ognuno deve adattare le proprie intenzioni all azione prevista dall altro affinché si raggiunga l obiettivo finale. In questo atelier si mostrerà come gli individui che dispongono di notevoli abilità di coordinare le proprie azioni con altre persone abbiano maggiori opportunità di raggiungere gli obiettivi prefissati. E questo non solo nello sport, ma anche nella vita quotidiana. Saranno presentati i meccanismi fondamentali che regolano l agire in gruppo nello sport. I partecipanti potranno verificare e analizzare il proprio agire insieme svolgendo un test coordinativo a gruppi di due. Si mostreranno le conseguenze nel caso in cui non si dispongono di fattori coordinativi fondamentali per l interazione fra due persone. Relatrice: Simone Rust 22 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

23 Tecnologia e soccorso preospedaliero Il costante e rapido sviluppo tecnologico di questi ultimi anni ha avuto importanti ripercussioni anche nell ambito della medicina d urgenza preospedaliera. Come esempio concreto possiamo riferirci alla pratica della rianimazione cardiopolmonare che include anche la diffusione degli apparecchi defibrillatori utilizzabili, in completa sicurezza, anche da personale non sanitario. In effetti questi dispositivi sono in grado autonomamente di identificare i ritmi cardiaci che necessitano di una defibrillazione e di determinare la quantità di energia corretta in funzione delle caratteristiche fisiche del paziente. Questa tecnologia ha permesso una grande diffusione di questi apparecchi su tutto il territorio cantonale. Recentemente altre tecnologie sono entrate a far parte delle attività ordinarie dei soccorritori e saranno presentate a questa edizione di Sportech. In particolare si potrà osservare la trasmissione di un elettrocardiogramma a 12 derivazioni dal paziente al cellulare da parte di un cardiologo. Ticino Soccorso 144 permette di identificare in tempo reale la posizione e la disponibilità dei mezzi di soccorso presenti sul territorio. Condizioni organizzative e meteo permettendo, sarà possibile visionare l equipaggiamento tecnico dell elicottero della REGA, essenziale per effettuare missioni di soccorso in condizioni di massima sicurezza. Relatore: Claudio Benvenuti (e il suo team) Responsabile Fondazione Ticinocuore e docente/ricercatore presso il Dipartimento sanità della SUPSI Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 23

24 Neuroni in crisi black out Il cervello, un chilo e mezzo di massa costituita in modo non molto differente da un albero o da una lumaca, possiede delle capacità uniche: inventare, amare, muovere e percepire quanto ci sta attorno. È la più grande e spettacolare rivoluzione della materia: gli atomi si aggregano, pensano e creano. Com è possibile che delle semplici correnti bioelettriche che attraversano le cellule nervose possano creare immagini, sentimenti e odori? E com è altresì possibile che una brevissima interruzione di questi impulsi crei così tanto scompiglio? La Società epilettici della Svizzera italiana (SeSi) presenta un disturbo neurologico, l epilessia, attraverso un percorso didattico ludico e coinvolgente fatto di quiz, brani musicali, memory, filmati, biografie, in cui ogni visitatore potrà muoversi liberamente. Avvicinatevi all atelier «neuroni in crisi» e scoprirete come gestire il «vostro» black out. Relatrice: Rosmarie Müller Chantal Dällenbach, Paul Schönwetter e Ronaldo: che cos hanno in comune? L epilessia permette di fare paracadutismo? Sfrecciando in auto lungo un viale alberato che succede? Entrando in uno spazio buio e chiuso, accecati da una luce stroboscopica che cosa potrà mai capitare? Il gene dell inventore, dello scienziato o del musicista non esiste. E quello dell epilessia? E il cervello di Alfred Nobel che cosa aveva di tanto particolare? Quali forme di epilessia si conoscono? La diagnosi incide sullo stile di vita? Come si può prevenire? Si può curare? Come s interviene correttamente in caso di crisi? Sono solo alcune domande alle quali cercheremo di fornire delle risposte. Nel nostro cervello sono presenti 100 miliardi di neuroni, ma chi ne ha già visto uno vero da vicino? L epilessia è strana, spaventa chi la vede, fa «male» a chi ce l ha. Quante forme se ne conoscono? La diagnosi incide sullo stile di vita? Come si può prevenire? Quali cure propone il neurologo? Come s interviene correttamente in caso di crisi? 24 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

25 Tomografia per il monitoraggio delle funzioni respiratorie Il monitoraggio delle funzioni respiratorie è sicuramente di vitale importanza nella medicina d urgenza (ambulanza) e nelle cure intense; una corretta visione dello stato dei polmoni permette infatti di regolare con precisione la respirazione assistita. Anche nello sport e nella medicina sportiva una corretta visione delle funzioni respiratorie può certamente essere d aiuto per migliorare i tempi di recupero o le prestazioni di un atleta. Grazie ai progressi dell elettronica integrata, disponiamo finalmente di un apparecchio preciso, facile da trasportare e manipolare e di costo contenuto per il monitoraggio in tempo reale delle funzioni polmonari. La Tomografia a impedenza elettrica (EIT) è una tecnica di imaging medico che sfrutta la misura delle correnti elettriche. Una cintura con alcuni elettrodi adesivi (nel nostro caso 32) è applicata attorno alla zona del corpo che si intende osservare. Una corrente elettrica alternata è iniettata a turno in ognuno degli elettrodi, mentre i rimanenti elettrodi misurano il voltaggio risultante. Quest operazione viene ripetuta rapidamente per 50 volte al secondo. Un calcolatore permette infine di risalire all immagine. EIT trova una delle sue migliori applicazioni nel monitoraggio dei polmoni, poiché l aria ha un impedenza molto maggiore rispetto a tutti gli altri tessuti presenti nel torace. La tecnica è inoltre assolutamente sicura; le correnti in gioco sono al di sotto del limite di stimolazione dei nervi, la frequenza è sufficientemente alta per evitare di causare effetti elettrolitici nel corpo. Un applicazione interessante dell EIT è nell ambito del monitoraggio sportivo, in quanto grazie all integrazione elettronica oggi è possibile miniaturizzare l apparecchio al punto da renderlo portatile. Si è quindi in grado di registrare in tempo reale e nei dettagli la respirazione di un atleta, con lo scopo di correggerne o migliorarne le prestazioni sportive. L atelier esporrà un apparecchio dimostrativo con il quale i visitatori potranno visualizzare la propria respirazione. Relatori: Prof. Ivan Defilippis e ricercatori SUPSI-DTI-ISEA-LMIT. Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 25

26 Sensori di velocità per sport e medicina sportiva Chi non è mai stato protagonista (o non ha almeno assistito) sui campi di neve ad una scenetta del tipo: Marco: «Wow, che bella discesa, andavo almeno a 100 all ora!» Luigi: «Ma dai, non dire sciocchezze, andavi al massimo a 50 all ora!» I nostri sensi non sono adatti a misurare con precisione le grandezze fisiche; d altra parte, il mondo altamente tecnologico e competitivo nel quale viviamo ci impone di avere una conoscenza quantitativa molto precisa della natura e del nostro rapporto con essa. Ecco allora il navigatore GPS, che ci dice dove siamo con precisione metrica. Ma per la velocità come facciamo? Un sensore di velocità ideale dovrebbe innanzitutto fornirci la nostra velocità istantanea con precisione indipendentemente dalla posizione o dall accelerazione. Il sensore di velocità VSS, sviluppato da ViSSee in collaborazione con SUPSI/DTI, è il primo sensore commerciale in grado di fornire direttamente la velocità basandosi unicamente sull elaborazione delle immagini da lui «viste»; il sensore è infatti composto da una microtelecamera a 60 Hz, da un obiettivo grandangolare a occhio di pesce (180 ) e da un microcalcolatore. L atelier farà chiarezza sulle innumerevoli applicazioni che questo rivoluzionario sensore può trovare, permettendo inoltre ai visitatori di poterlo «indossare» per semplici esperimenti di misurazioni di velocità. Relatori: Prof. Ivan Defilippis e ricercatori SUPSI-DTI-ISEA-LMIT. L idea di base è stata ispirata dal volo della drosofila, il comune moscerino della frutta; questo piccolo insetto è infatti in grado di volare controvento mantenendo sempre la velocità costante, basandosi unicamente sull elaborazione di variazioni visive. Il sensore di velocità VSS troverà moltissime applicazioni anche in fisioterapia e in medicina sportiva: applicato a un particolare cinturino, permetterà di rilevare e correggere i movimenti del paziente in riabilitazione, oppure di monitorare con precisione la velocità di un corridore o di uno sciatore. 26 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

27 SUPSI in pista Da poco più di un anno, alcuni ricercatori dell Istituto CIM (Computer Integrated Manufactoring) specializzati nelle simulazioni termo-fluidodinamiche, collaborano con una società ticinese fondata a Lugano nel 2009 e specializzata nella progettazione e nello sviluppo di motori e di veicoli a due o quattro ruote. Questa società attualmente è coinvolta in un progetto denominato MotoTI2 che si propone di concepire e costruire una moto da competizione per la categoria FIM Road Racing Word Championship GP Moto2. Relatore: Prof. Maurizio Barbato e altri ricercatori dell ICIMSI Ulteriori informazioni: Le attività di ricerca dei collaboratori dell ICIMSI sono finalizzate allo studio e allo sviluppo di alcune soluzioni tecniche che differenziano la TiMoRe609 dalle Moto2 concorrenti. Grazie a questa collaborazione due studenti del corso di Laurea in ingegneria Meccanica hanno potuto dare il loro contributo al progetto studiando e sviluppando, nel corso del loro Lavoro di Diploma, alcuni temi di interesse scaturiti da queste attività di ricerca. Durante tutta la manifestazione il prototipo della moto TiMoRe609 sarà esposto e i visitatori potranno esaminare le innovative soluzioni tecniche. Inoltre verranno presentati in dettaglio i risultati delle simulazioni fluidodinamiche finalizzate all ottimizzazione della forma dei condotti che convogliano l aria di raffreddamento al radiatore posto sotto la sella e del profilo dell estrattore di scarico e i due Lavori di Diploma che trattano: lo studio e l ottimizzazione fluidodinamica della presa d aria dinamica e dell air-box lo studio della rigidezza e l ottimizzazione della geometria del telaio a schema Deltabox. Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 27

28 Telefonia mobile Sempre più dei dispositivi wireless vengono applicati anche nel mondo dello sport. Lo scopo dell atelier sulla telefonia mobile proposto dalla SUPSI consiste nel trasmettere nozioni di base inerenti la tematica della telecomunicazione cellulare, spiegando il funzionamento di un telefonino per arrivare fino al concetto di «elettrosmog». Tali informazioni permetteranno agli alunni di fare un uso più coscienzioso del proprio telefono cellulare e di capire perché è necessario, principalmente nei grandi agglomerati, installare antenne per rispondere alle esigenze dei servizi di telecomunicazione odierni. I partecipanti all atelier potranno approfondire le loro conoscenze sui dispositivi tecnologici utilizzati attualmente nel campo delle telecomunicazioni (telefoni cellulari, palmari, reti wireless nei PC, ), capire meglio il loro funzionamento e i relativi effetti nell ambiente. Presso l atelier sulla telefonia mobile sarà possibile trovare una risposta a qualsiasi curiosità in merito: ad esempio, in quale modo l antenna di telefonia mobile consente di effettuare una chiamata mentre sono in movimento? Cosa sono i valori di immissione dell elettrosmog (radiazioni non ionizzanti, RNI) e come si misurano? Ci sono delle normative che regolamentano questi valori? È vero che il mio telefono cellulare si comporta come un piccolo forno a microonde? È per questo motivo che percepisco una sensazione di calore quando telefono a lungo? Com è possibile limitare l effetto dato dall emissione del telefono al cervello? Perché all acquisto del telefonino è bene informarsi sul suo valore SAR (Specific Absorption Rate)? L atelier offre inoltre la possibilità di svolgere delle semplici attività pratiche durante le quali gli allievi potranno provare a misurare le emissioni generate dal proprio telefonino mediante l apposita strumentazione utilizzata dagli ingegneri della SUPSI che rappresenta il massimo centro di competenza cantonale nel campo delle emissioni elettromagnetiche generate da antenne per la telefonia mobile GSM e UMTS. Relatori: Andrea Salvadè, Andrea Carbonetti e Tommaso Pagani 28 Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport

29 Analisi tridimensionale del movimento L atelier presenta come si svolge un esame tridimensionale dei movimenti tenendo conto di numerosi parametri biomeccanici e dimostra come i movimenti possono essere concatenati e dar vita a sequenze filmate. Grazie a videocamere speciali ad alta velocità si mostrano le svariate applicazioni per la ricerca, la scienza, la medicina e la cinematografia. Queste videocamere osservano i movimenti degli sportivi, dei pazienti e degli attori da diverse prospettive. Alla persona sotto osservazione vengono applicati dei sensori in punti precisi del corpo. Le videocamere riconoscono questi punti e il computer calcola la posizione precisa nello spazio. Se si collegano questi punti con delle linee, si risale allo scheletro tridimensionale. Questi dati permettono ai ricercatori di studiare il movimento del corpo nelle situazioni più particolari come ad esempio, nello sport, la posizione del ciclista e la sua tecnica di pedalata. In medicina, il medico può determinare come evolve il carico dell articolazione del ginocchio nella deambulazione. I risultati permettono di adattare di conseguenza la protesi da applicare al paziente. Nella cinematografia, questa tecnologia permette di produrre immagini tridimensionali. Il movimento filmato viene implementato in un ambiente scenografico virtuale. Relatori: Kai Sikorski e Yves Hess Sportech 2012 Giornate della scienza e tecnologia applicate nello sport 29

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