Stima della mappatura tra segnale EMG e caratteristiche dinamiche dell'arto superiore = Estimation of the mapping between EMG signal and dynamic characteristics of the upper limb

L’obiettivo della tesi è quello di stimare la mappatura tra segnale elettromiografico (EMG) e la forza esercitata dall’arto superiore tramite due algoritmi: uno basato su una regressione lineare priva di vincoli anatomici, implementata su MATLAB dalla funzione regress, e l’altro basato su una stima vincolata, eseguita tramite un modello muscoloscheletrico del braccio (MoBL-ARMS) implementato su OpenSim. Lo scopo è quello di capire quale dei due metodi presentati sia migliore per la stima della mappatura Forza – EMG. Si acquisiscono, durante un compito statico, i dati di forza e i segnali EMG di 12 muscoli di alcuni soggetti sani e si calcola la matrice H, cioè la matrice di regressione che lega linearmente la forza muscolare (f) al segnale EMG (m), tramite i due algoritmi. I dati dei soggetti vengono forniti a Matlab, che tramite la funzione regress calcolerà la matrice H. Quest’ultima verrà calcolata anche tramite software OpenSim, dopo aver scalato il modello in base alle caratteristiche antropometriche e muscolari dei soggetti considerati. Calcolate entrambe le matrici, si effettuerà un confronto tra le due e si andrà a valutare quale metodo stima la forza con un errore minore. Il confronto verrà eseguito a partire dai dati sperimentali già acquisiti, utilizzando il coefficiente di determinazione R2. L’ultima parte della tesi affronterà l’implementazione di un protocollo sperimentale, che confronti i modelli di stima della forza e della rigidezza, per cercare di capire quale dei due algoritmi risulta essere più naturale per il mio-controllo della forza. Per il mio - controllo della forza, si chiederà al soggetto di controllare un cursore virtuale, la cui posizione è proporzionale alla forza stimata a partire dalla sua attivazione muscolare. In blocchi sperimentali diversi, tale stima verrà effettuata tramite regressione lineare non vincolata o tramite un modello muscolo-scheletrico. Si chiederà al soggetto di muovere il cursore da una posizione iniziale di riposo ad un target, generando una forza isometrica sub-massimale e si confronterà la performance del soggetto, al fine di determinare con quale algoritmo sia possibile stimare una mappatura da EMG a forza.