Confronto tra stime della mappatura tra segnale elettromiografico e forza esercitata sulla base di parametri prestazionali e dinamici = Comparison between estimates of the mapping between electromyographic signal and force exerted on the basis of performance and dynamic parameters

Negli ultimi decenni, il segnale elettromiografico (EMG) è stato proposto per il controllo di diversi dispositivi robotici, quali esoscheletri e protesi. Di conseguenza vari algoritmi, con diversi gradi di complessità a precisione della stima, sono stati implementati al fine di identificare le intenzioni motorie dell’operatore a partire dal segnale EMG. L’obiettivo di questa tesi è quello di confrontare due diversi algoritmi, si differenziano per complessità e accuratezza anatomica, per la stima della mappatura tra attivazione muscolare, registrata da più muscoli agenti su gomito e spalla, e forza isometrica generata al livello della mano. Il primo algoritmo sfrutta una semplice relazione lineare tra EMG e forza generata, mentre il secondo utilizza un modello muscolo-scheletrico (OpenSim) ed una successiva ottimizzazione dei dati sperimentali per identificare la mappatura EMG-forza. Il confronto, basato su parametri prestazionali e dinamici, avrà lo scopo di definire quale dei due approcci sia preferibile in termini di performance e naturalità percepita dal soggetto. Per rispondere a tale quesito sono stati utilizzati differenti dataset, acquisiti nel Laboratorio di Neurofisiologia Motoria dell’Università di Messina, aventi in comune la simultanea acquisizione della forza esercitata, tramite un trasduttore rigidamente connesso alla mano del partecipante, ed i segnali EMG di 12 muscoli agenti sul gomito e la spalla durante un compito di generazione di forze isometriche. A partire da questi dataset si sono stimate le due mappature sopra descritte ed al fine di determinare quale possa essere l’approccio migliore, si sono utilizzati diverse misure sia dinamiche che della performance dei soggetti. Il presente studio trova la sua applicazione nella definizione delle leggi di controllo di dispositivi guidati dal segnale EMG registrato da operatori umani, come protesi o esoscheletri, ed ha lo scopo di determinare se una stima basata sul modello muscolo-scheletrico sia preferibile rispetto ad una priva di vincoli anatomici ma che richieda un onere computazionale inferiore.