Studio di un modello multi-body antropomorfo per la caratterizzazione dell'attività del Nordic Walking = Study of an anthropomorphous multi-body model for characterization of Nordic walking activity

Lo scopo di questa tesi di laurea è presentare lo sviluppo di un modello multibody che simuli i movimenti effettuati durante una sessione di Nordic Walking. L'uso di un sistema multibody per simulare la tecnica dell'attività sportiva aprirà nuove porte per una migliore comprensione dei fenomeni che si verificano nella corretta esecuzione della tecnica sportiva. Questo lavoro fa parte di un progetto più ampio finalizzato allo sviluppo di un sistema di monitoraggio per l'attività del Nordic Walking in ambiente outdoor. Questo progetto nasce dall'unione tra il crescente interesse nei sistemi di monitoraggio e i benefici che il Nordic Walking può offrire al corpo umano, in termini di salute e fitness. Per ottenere l'informazione sulla qualità e l'utilità del gesto atletico, è stato costruito un apparato sperimentale. Per completare l'attività sperimentale è stata sviluppata una simulazione numerica per ottenere un modello per confrontare i dati sperimentali con quelli numerici. Utilizzando il software MSC ADAMS, è stato sviluppato il modello multi-body di un atleta di Nordic. Per simulare il corpo umano e le sue articolazioni, il modello è stato costruito collegando corpi rigidi usando diversi tipi di joints. Dopo l'assemblaggio del corpo umano, sono stati inseriti i bastoncini, strumenti fondamentali per il Nordic Walking. Per ottenere un modello concreto, utile per la seguente analisi, l'intero modello è stato parametrizzato in termini di massa e altezza. Per studiare il comportamento dinamico del sistema è stata utilizzata una logica a dinamica inversa, poiché le forze che agiscono durante l'attività sportiva non sono note a priori. Seguendo questo approccio, la cinematica del sistema viene imposta per potersi ricavare le forze e le coppie in gioco. In particolare, è stata inserita come equazione del moto la variazione angolare di ciascun giunto. È stata dedicata particolare attenzione alla definizione delle forze di contatto agenti durante l'attività sportiva. Per definire queste forze, è stato necessario introdurre nel modello i valori della rigidezza K e dello smorzamento C della forza di contatto. Tali parametri sono stati ricavati da un'analisi di sensitività per osservare l'influenza della rigidità K e dello smorzamento C, come input del modello, nella variazione dell'output: la Ground Reaction Force e compenetrazione del piede nel terreno. I parametri di input sono fatti variare fino a quando i parametri di output sono abbastanza vicini a dei valori teorici o di soglia definiti in base alla letteratura. Una volta ottenuti i valori ottimali di rigidezza e smorzamento per diversi tipi di modelli uomo / donna caratterizzati da massa e altezza differenti, vengono introdotti nel modello per sviluppare la successiva analisi. Per validare il modello numerico, è stato fatto un confronto tra la forza misurata sperimentalmente e quella numerica ottenuta dal modello multi-body. Grazie alla parametrizzazione del modello è possibile ottenere la migliore corrispondenza tra i dati numerici e quelli sperimentali, adattando le proporzioni del modello (modificandone la massa e l’altezza) in base all'atleta che svolge la sessione di Nordic Walking studiata. Questa analisi, eseguita con successo, è stata utile per convalidare il modello e per ottenere i due risultati fondamentali di questo lavoro: il confronto della forza che i bastoncini scaricano al suolo e una corrispondenza tra la GRF teorica e sperimentale.