Studio della biomeccanica e della vestibilità di un esoscheletro per il supporto del rachide tramite un modello multibody. = Study of the biomechanics and the fitting of an exoskeleton for the support of the spine through a multibody model.

Gli esoscheletri per il corpo umano sono dispositivi sviluppati per migliorare la mobilità e la qualità della vita di persone con disabilità fisiche, aiutare i lavoratori in compiti pesanti o migliorare le prestazioni degli atleti. Questi dispositivi possono essere attivi o passivi, e, grazie ai recenti progressi nella robotica e nella tecnologia dei materiali, stanno diventando da un lato sempre più sofisticati e dall’altro sempre più accessibili, ampliandone conseguentemente le possibilità di utilizzo. Questa tesi è focalizzata su un esoscheletro passivo, finalizzato all’impiego in ambito lavorativo, con l’intento di supportare il lavoratore nell’esecuzione di mansioni faticose, sostenendo il tronco e riducendo le sollecitazioni sulla spina dorsale. È noto, infatti, come lavori usuranti, nel lungo termine, possano portare a disabilità più o meno gravi con un impatto sociale ed economico significativo. La tesi è svolta in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, con l’obiettivo di ottimizzare l’interazione tra il corpo umano e un nuovo tipo di esoscheletro in fase di sviluppo, valutandone la risposta dal punto di vista biomeccanico ed ergonomico. È stato quindi realizzato un modello multibody comprendente sia un modello articolato parametrico del corpo umano (ATB), sia un modello multibody dell’esoscheletro; si sono replicati in maniera opportuna i vincoli che garantiscono il collegamento del dispositivo al tronco e sono state simulate le forze di contatto nell’interazione tra gli elementi dell’esoscheletro e i segmenti corporei. Una parte importante della fase di modellazione ha riguardato la scelta della modellazione degli elementi flessibili dell’esoscheletro (cinghie pettorali e cinghie pelviche), a contatto con il tronco e per le quali il requisito di adattabilità alla geometria risulta fondamentale per le valutazioni ergonomiche. Gli elementi flessibili sono stati discretizzati in plurimi segmenti rigidi di dimensioni minori, tra loro incernierati in modo da permetterne l’adesione al distretto corporeo interessato. La modellazione multibody dell’esoscheletro è stata ottimizzata fino ad ottenere risultati accurati e rispondenti alla realtà sperimentale e ha apportato il vantaggio di richiedere meno risorse di calcolo rispetto a un modello agli elementi finiti (FEM).Questo modello ha permesso di mettere a punto una metodologia atta esaminare le prestazioni dell’esoscheletro valutandone l’adattabilità, le forze e sollecitazioni scambiate in corrispondenza dei punti di appoggio ed il beneficio biomeccanico apportato. Grazie al modello parametrico, questo studio può infatti essere esteso a un’intera popolazione virtuale in modo da ottenere indicazioni generali. La metodologia di analisi messa a punto intende costituire uno strumento di supporto alla progettazione degli esoscheletri per uso lavorativo, permettendo il confronto numerico tra diverse soluzioni. La stessa permetterà inoltre di definire, per ciascun esoscheletro, le indicazioni limite in termini morfometrici (statura, larghezza spalle, circonferenza vita, ecc.) valutando l’opportunità di predisporre di varie taglie e il numero delle medesime. In ultima analisi permetterà di estendere la popolazione di lavoratori che possono beneficiare dell’utilizzo degli esoscheletri, attualmente indirizzati prevalentemente verso soggetti adulti di sesso maschile.