L’automazione pneumatica nello studio dell’equilibrio

La pneumatica ha trovato spesso spazio in ambito biomeccanico nel campo della riabilitazione o in dispositivi bio-mimetici quali i muscoli artificiali. Se ne presenta un’applicazione nell’ambito di un sistema automatico per l’analisi del controllo posturale, uno strumento a disposizione dei clinici per riconoscere disturbi e prevedere il rischio di caduta in soggetti patologici o anziani.

Un adeguato controllo posturale e una corretta gestione del disequilibrio sono alla base di qualunque movimento umano. I disordini dell’equilibrio riducono la qualità della vita e contribuiscono ad aumentare il rischio di caduta e con esso la probabilità di essere esposti a nuovi traumi e lesioni.

È stato stimato che il 70% del costo delle prestazioni sanitarie riferito ad incidenti di persone anziane è relativo alle cadute. Quest’ultime inoltre rappresentano la sesta causa di morte negli over 65. Da queste statistiche e dai dati sul progressivo invecchiamento della popolazione emerge la necessità e l’urgenza di disporre di tecniche di valutazione clinica che permettano di stimare il rischio di caduta e di quantificare, in modo oggettivo, le prestazioni del sistema di controllo posturale.

Attualmente le tecniche di valutazione clinica utilizzate per studiare i disturbi dell’equilibrio si basano sulla misura delle oscillazioni posturali attraverso: pedane di forza per tracciare il centro di pressione (CoP) dell’interfaccia terra-piede; l’applicazione di accelerometri e unità inerziali (IMU) o tecniche di motion analysis per studiare lo spostamento del centro di massa (CoM); l’elettromiografia di superficie (sEMG) per verificare i tempi di risposta muscolare. Indipendentemente dalla soluzione scelta, è sicuramente più efficace valutare l’entità delle oscillazioni corporee in seguito ad una perturbazione esterna (meccanica, visiva o uditiva) che in condizioni di quiete.

Ad oggi però non esistono ancora standard e protocolli di perturbazione condivisi universalmente perché i dispositivi di perturbazione fino ad ora proposti sono costosi e ingombranti, e hanno limitate possibilità di variare le proprietà del disturbo. Di conseguenza non sono facilmente adattabili alle caratteristiche fisiche del paziente e spesso sono strettamente legati alle metodologie dei singoli centri di ricerca o analisi. Il punto di applicazione della perturbazione è inoltre spesso prevedibile e questo ha come diretta conseguenza il rischio che il soggetto adotti delle strategie posturali preventive.

Una nuova soluzione basata sulla pneumatica

Il Sistema di Generazione della Perturbazione e Analisi (PGAS) dell’equilibrio, descritto in questo articolo, nasce con l’intento di superare i limiti sopraelencati. Si tratta infatti di un’unità di perturbazione e di rilevazione dell’equilibrio ad attuazione pneumatica, in grado di esercitare una forza impulsiva, controllata sia in termini di intensità sia di impulso (definito come l’integrale del profilo di forza nel tempo), applicabile in qualunque punto della superficie del corpo umano e con qualunque direzione. Il fatto che si possa facilmente variare l’energia impartita dal colpo e il punto di applicazione del disturbo lo rende adattabile alle caratteristiche fisiche del paziente e a diversi task clinici.

Sebbene la dinamica e i fenomeni di non linearità (ad esempio l’attrito) tipici dei sistemi ad attuazione pneumatica rendano difficile ottenere dei profili di forza brevi ed accurati, in letteratura sono già presenti svariati algoritmi di controllo e architetture di sistemi che hanno dimostrato di poter raggiungere elevate performance. Un attuatore pneumatico inoltre ha il vantaggio di essere generalmente poco costoso, adatto all’utilizzo in ambienti puliti e intrinsecamente sicuro.

 

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Source: Stampi
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