Le prestazioni degli atleti, oggi, possono essere monitorate in modo oggettivo attraverso l'analisi delle risposte fisiologiche e biomeccaniche a test specifici condotti in laboratorio. Tali indagini integrano, fornendo un supporto quantitativo le valutazioni soggettive degli allenatori o degli atleti stessi. Spesso le risposte al test sono il risultato di numerosi effetti combinati, e capire l’influenza di ogni effetto sulla prestazione è di fondamentale importanza sia per gli atleti che per stimolare nuove domande di ricerca nella scienza dello sport. In quest’ottica i modelli virtuali rappresentano sia un utile strumento in ambito di ricerca, per il miglioramento della comprensione scientifica, ma anche per tradurre i risultati ottenuti in laboratorio in direzioni utili da impiegare sul campo, per lo sviluppo di strumenti virtuali e materiali per la didattica, prototipi per la ricerca o per la valutazione della performance, e per lo sviluppo di algoritmi implementabili in strumenti di misura portatili.
Il Centro Ricerca Sport Montagna e Salute (CeRiSM) è stato istituito nel 2010 dall'Università di Verona come evoluzione del precedente Centro (CeBiSM) al quale partecipavano le Università di Brescia, Trento, Udine e Verona. Il centro, diretto dal professor Schena, ordinario presso il Dipartimento di Scienze Neurologiche e del Movimento dell’Università di Verona, ha uno staff interdisciplinare di ricercatori in scienze dell’attività fisica e del movimento umano con competenze nei diversi sport, ingegneri biomedici e medici specializzati in medicina sportiva. Il CeRiSM svolge ricerca di base e applicata in ambito universitario, collaborazioni scientifiche a progetti di enti pubblici e servizi di consulenza scientifica rivolti ad aziende perlopiù nel settore sportivo. La ricerca è svolta principalmente nell'ambito dell'attività fisica e sportiva (es. sci di fondo, ciclismo, scialpinismo, corsa su strada, corsa in montagna, ecc.) ed è supportata da 4 laboratori e numerose attrezzature che consentono di eseguire test e misurazioni di diversi aspetti biomeccanici e fisiologici
In questo contesto il DII rappresenta un partner naturale per il CeRiSM per la tipologia di competenze in ambito ingegneristico in quanto può offrire competenze specifiche per lo studio dei materiali, lo sviluppo di nuove tecnologie (software e a hardware) e sistemi di misura in ambito sportivo e contribuire allo sviluppo di modelli numerici per l’interpretazione delle prestazioni.
Nel 2014 è stata stipulata una convenzione tra CeRiSM e DII per poter unire l’esperienza nel campo delle scienze dello sport e conoscenze tecniche con particolare interesse verso la modellazione virtuale. Nello specifico sono in via di sviluppo modelli virtuali per le risposte fisiologiche e biomeccaniche all’esercizio attraverso la “co-tutela” di un dottorando di ricerca e dei tesisti.
L’uso di modelli virtuali validati, con i test di valutazione funzionale condotti al CeRiSM quotidianamente, permette di progettare protocolli di allenamento personalizzati in base alle caratteristiche di ogni atleta. Ad esempio nel caso del ciclismo l’esercizio può essere descritto tramite un segnale di potenza da erogare per un dato tempo e la risposta fisiologica viene valutata in termini di consumo d’ossigeno, battito cardiaco, concentrazione di lattato prodotto, sforzo percepito (RPE). Ad oggi gli atleti utilizzano il battito cardiaco e l’RPE mentre le misure del consumo d’ossigeno e del lattato non possono essere svolte se non in modo invasivo, ma di fatto soffrono molto meno di variabilità del suddetto battito cardiaco ed RPE. Un modello virtuale capace di stimare il consumo d’ossigeno e la concentrazione di lattato in risposta all’esercizio potrebbe essere utilizzato per la scrittura di protocolli di allenamento più specifici e con obiettivi più mirati come la massimizzazione del tempo passato ad alta intensità.
Lo sviluppo di modelli virtuali nell’ambito biomeccanico è utile per la comprensione dei meccanismi con cui il movimento viene effettuato e di come le costrizioni geometriche a cui il ciclista è sottoposto (es. il telaio, l’altezza della sella, ecc …) possono essere aggiustate per poter andare incontro all’esigenza personale di ogni atleta. Il modello virtuale può comprendere descrizioni del sistema scheletrico e muscolare e descrivere come possono interagire tra di loro nel caso di vincoli al movimento, fornendo indicazioni fondamentali per la scrittura di linee guida per la consulenza di posizionamento biomeccanico e la definizione di allenamenti specifici per modificare le caratteristiche dei muscoli.
Lo sviluppo di questo progetto corre parallelo con l’odierno sviluppo ed espansione del mercato della strumentazione di misura portatile da utilizzare in ambito sportivo e non solo (misuratori di potenza e forza nei pedali, GPS, telecamere, sensori inerziali, ecc). La diffusione pervasiva di strumentazione portatile nell’uso ricreativo e sportivo produce una grande quantità di dati con la necessaria esigenza di poterli interpretare in modo oggettivo. Lo sviluppo dei modelli virtuali in risposta all’esercizio fornisce il core degli algoritmi implementabili negli strumenti per l’elaborazione delle informazione e quindi non è difficile prevedere un grosso aumento nella domanda di sviluppo di modelli virtuali nell’ambito del ciclismo. La collaborazione tra CeRiSM e DII è stata proprio stipulata nell’ottica di sviluppo di strumenti per il nuovo mercato nascente e nella visione di una maggior apertura dell’università verso il modo aziendale e produttivo.
Responsabile: prof. Francesco Biral
Figura 1: Sistema integrato per la misura delle prestazioni fisiologiche e meccaniche del ciclista (CeRISM)
Figura 2: GaMoCap (Garment Motion Capture) sistema ibrido di ricostruzione tridimensionale del movimento (Laboratorio Meccatronica-UniTn)