Sviluppo di un dispositivo wearable per l’allenamento del tratto cervicale = Development of a wearable device for cervical training

La cervicalgia è una condizione patologica caratterizzata da dolore acuto nella regione cervicale che, in alcuni casi, può evolvere fino a causare disabilità. Questa condizione è molto diffusa a livello mondiale e si prevede un aumento costante del numero di casi negli anni a venire. Tra le strategie che hanno dimostrato benefici sia nella prevenzione sia nel recupero e nella riduzione del dolore, vi è l'allenamento muscolare. La muscolatura cervicale può essere allenata attraverso movimenti di flesso-estensione, flessione laterale e rotazione della testa. Tuttavia, perché questi esercizi siano efficaci è necessario che avvengano in modo strutturato e con intensità progressive. Attualmente esistono poche attrezzature che rispondono all'esigenza, ma spesso sono ingombranti e scomode da utilizzare. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è la progettazione di un esoscheletro passivo che consenta a vari tipi di utenti di allenare i muscoli rotatori dell'articolazione cervicale. La soluzione sviluppata consiste in un esoscheletro composto da due moduli: uno ancorato alla testa e uno a contatto con la schiena. Il modulo sulla testa è costituito da un arco solidale alla testa dell'utilizzatore, mentre il modulo dorsale è formato da una piastra collegata a un telaio contenente elastici che, deformandosi, generano forze resistenti utili per l'allenamento muscolare. I due moduli sono collegati tramite due aste rigide, mentre un cavo consente il movimento relativo dei due moduli e quindi la deformazione degli elastici. La fase di design è stata eseguita in ambiente CAD. Uno scanner 3d è stato impiegato per ottenere un modello digitale dell'utilizzatore, sulla base del quale è stato valutato l'ingombro complessivo dell'esoscheletro ed è stato possibile ricavare le misure antropometriche necessarie per il corretto dimensionamento delle componenti. Il risultato progettuale è un telaio che consente una deformazione degli elastici fino a 137 mm, con la possibilità di impostare un precarico. L'uso di un modello analitico ha permesso di stimare le forze e i momenti che si sviluppano durante l'utilizzo del dispositivo. A seguito della progettazione, è stato realizzato un prototipo rapido in ABS rinforzato con fibra di vetro, prodotto tramite stampa 3D. Il prototipo è stato indossato da un soggetto per una prima valutazione qualitativa del funzionamento e della vestibilità. I test preliminari hanno mostrato che il sistema si muove correttamente con carichi generati dagli elastici fino a 20 N.