IT202000005332A1 - Metodo e dispositivo per potenziamento muscolare di un utente - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo

?Metodo e dispositivo per potenziamento muscolare di un utente?

La presente invenzione ha per oggetto un metodo e un dispositivo per potenziamento muscolare di un utente.

Come ? noto, la contrazione muscolare ? il risultato di una serie di modificazioni intracellulari coordinate che porta al movimento della fibra muscolare e, di conseguenza, del muscolo stesso. Per migliorare le prestazioni sportive, ? fondamentale un aumento della forza contrattile dei muscoli deputati allo svolgimento del gesto caratteristico. L?allenamento rappresenta la base per aumentare la forza contrattile dei muscoli e, in particolare, l?allenamento contro resistenza (noto anche come ?resistance training?) ? lo strumento pi? comune per massimizzare il reclutamento muscolare.

In questo contesto, esistono numerosi sistemi per allenarsi contro resistenza, che definiscono diversi tipi di contrazione muscolare.

L?allenamento isotonico prevede l?utilizzo di una resistenza costante, rappresentata solitamente da contrappesi. Durante l?esercizio isotonico si verificano due condizioni di contrazione muscolare: concentrica (o positiva), quando la muscolatura si accorcia, ed eccentrica (o negativa), quando il muscolo resiste al carico di lavoro durante l?allungamento. Essenzialmente, si possono individuare due tipologie di attrezzature per gli esercizi isotonici: a resistenza fissa, in cui la tensione muscolare varia in funzione del progredire del braccio di leva articolare, e a resistenza variabile in specifici angoli nel range di movimento. Tale attrezzatura comprende un sistema di pulegge eccentriche che hanno lo scopo di mantenere la condizione isotonica durante tutto l?arco del movimento. Questo tipo di allenamento porta con s? numerosi svantaggi: la resistenza, essendo costante, risulta eccessiva all?inizio e alla fine del movimento, quando il muscolo ha un rendimento inferiore; non ? accomodante per il dolore, la fatica o il sistema di leve muscolo-scheletrico; non consente di esercitarsi a velocit? funzionali rapide; la fatica causa una diminuzione o compromissione nel range di movimento; il rischio di sovraccarichi di lavoro pu? causare lesioni muscolari; non consente il potenzialmente durante l?esecuzione di gesti funzionali.

Contro una resistenza costante ? possibile allenarsi anche in condizioni di isometria, ossia quando il muscolo sviluppando tensione porta ad un accorciamento delle fibre, ma non si verifica alcun movimento del braccio di leva. Mentre l?utilit? ? indiscussa in ambito clinico, nelle procedure di allenamento professionistico presenta numerosi svantaggi correlati soprattutto all?incongruenza con le principali caratteristiche dei gesti sportivi, dove la velocit? di accorciamento delle fibre muscolari ? una condizione irrinunciabile per la coordinazione ed il controllo delle accelerazioni necessaria a produrre i gesti caratteristici.

In generale, il potenziamento contro resistenza costante ? sconsigliato, soprattutto in ambiti sportivi in cui la velocit? di esecuzione del gesto ? strettamente correlata alla coordinazione motoria (tennis, sprint, pugilato, golf, ecc). Infatti, avere muscoli pi? forti non significa essere in grado di utilizzare le maggiori propriet? contrattili acquisite durante il gesto sportivo. Un altro sistema di allenamento della forza muscolare contrattile ? quello isocinetico. L?esercizio isocinetico pu? essere descritto come un movimento che avviene a velocit? angolare costante, contro una resistenza accomodante. Per realizzare questo allenamento sono necessari specifici dinamometri robotizzati in grado di controllare la velocit? di esecuzione adattando la resistenza in modo proporzionale alla forza del soggetto durante tutto l?arco del movimento. Dopo una fase di accelerazione, una volta raggiunta una data velocit? angolare, il dispositivo non permette il superamento di tale velocit? poich? la forza muscolare che consentirebbe di aumentare la velocit? della leva viene assorbita e restituita come resistenza. Ne deriva che la resistenza che il paziente deve affrontare ? accomodante, quindi costantemente proporzionale alla forza espressa dal paziente stesso.

Anche in questo caso, la costanza della velocit? di esecuzione dei gesti durante l?allenamento ? in contrasto con i naturali principi di accelerazione segmentaria che caratterizzano tutte le prestazioni sportive.

L?allenamento desmodromico o isoinerziale sfrutta un sistema per generare una efficace resistenza allenante che prescinde dalla forza di gravit?, come invece accade comunemente nell?impiego dei sovraccarichi. Si sfrutta l?inerzia di un volano attivato grazie alla forza muscolare. In particolare, nella fase concentrica del movimento, una cinghia accolta intorno al volano viene srotolata e il volano acquista velocit? ed entra in rotazione. Al termine della fase concentrica, l?inerzia del volano lo spinge a continuare la sua rotazione avvolgendo la cinghia in senso opposto, quindi esercitando una forza alla quale la muscolatura dovr? opporsi attivamente durante la fase eccentrica. L?inerzia della fase dinamica positiva (concentrica) e della fase dinamica negativa (eccentrica) restano uguali, quindi la muscolatura ? sollecitata con uguale resistenza nelle due fasi. A differenza dell?allenamento isotonico, in cui la resistenza ? costante e predeterminata dalla quantit? di carico scelto, nell?allenamento isoinerziale la resistenza resta costante, ma si adatta alla forza espressa muscolarmente nella fase dinamica positiva. Tuttavia, i dispositivi che producono la resistenza isoinerziale vincolano l?atleta a gesti con funzionalit? limitata ad esercizi di squat, di salto, ma non consentono mai l?esecuzione di esercizi di potenziamento funzionale di corsa, sprint o elusione.

L?allenamento pliometrico ? uno dei metodi pi? efficaci per migliorare la potenza esplosiva. Lo scopo della pliometria ? quello di migliorare la capacit? degli atleti nell?utilizzo della forza, nel modo pi? rapido possibile.

Esistono tuttavia alcuni rischi nella pratica di questo tipo di allenamento, a causa dello stress e della pressione a cui le articolazioni e il tessuto connettivo sono sottoposti. Ad esempio, la superficie di atterraggio deve avere necessariamente la propriet? di assorbimento degli urti.

In generale, ? importante sottolineare che l?aumento delle propriet? contrattili non coincide con un adeguamento del controllo motorio, ossia pur avendo a disposizione motori pi? potenti e pi? rapidi, il sistema di elaborazione centrale non ? in grado di utilizzare questa maggiore potenza. Il problema ? risolto dal potenzialmente funzionale, esercizi di rinforzo muscolare condotti all?interno del gesto sportivo.

Per allenamento funzionale si intende un insieme di movimenti integrati multiplanari che coinvolgono l?accelerazione, la decelerazione e la stabilizzazione delle articolazioni con la finalit? di migliorare l?abilit? motoria, la forza dei muscoli stabilizzatori del tronco e l?efficacia neuromuscolare. L?allenamento funzionale ? un allenamento finalizzato al miglioramento del movimento e non al potenzialmente del singolo muscolo.

Tra le varie possibilit? di realizzare allenamenti di tipo funzionale, quello che ha avuto maggior riscontro e diffusione ? l?allenamento auxotonico, condotto con elastici. La resistenza elastica ha il vantaggio di essere progressiva e guidare l?atleta ad un reclutamento proporzionale, protetto e ben controllato. Tale soluzione ? molto diffusa anche in ambito riabilitativo in quanto ? estremamente protettiva per i muscoli scheletrici.

L?utilizzo di una resistenza elastica pone alcuni problemi. Per le sue caratteristiche di progressivit?, raggiunge valori elevati proprio quando il muscolo scheletrico diminuisce la sua efficienza. Inoltre, la sua entit? non pu? essere controllata durante l?allenamento e questo espone l?atleta a rischi di sovraffaticamento e infortuni. In particolare, l?impegno nel controllo dei movimenti ? elevato anche nella fase di ritorno alla posizione di partenza, in quanto bisogna rilasciare gradualmente la tensione accumulata con la distensione dell?attrezzo e dominarne il conseguente ritorno elastico. La tensione da regolare anche nella fase di ritorno dell?esercizio e la necessit? di compensare forze destabilizzanti obbliga l?atleta a mantenere una postura corretta in ogni momento.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione ? quello di proporre un metodo e un dispositivo per potenziamento muscolare di un utente, che superino gli inconvenienti sopra menzionati della tecnica nota.

In particolare, scopo della presente invenzione ? proporre un metodo per potenziamento muscolare di un utente che consenta elevata efficienza durante tutto l?arco dell?esercizio, limitando al contempo il rischio di infortuni dell?utente.

Altro scopo della presente invenzione ? rendere disponibile un dispositivo per potenziamento muscolare di un utente stabile, facilmente trasportabile e di facile utilizzo per un utente.

Ulteriore scopo della presente invenzione ? proporre un metodo per potenziamento muscolare di un utente utilizzabile sia in allenamento sia in riabilitazione.

Il compito tecnico precisato e gli scopi specificati sono sostanzialmente raggiunti da un metodo e un dispositivo per potenziamento muscolare di un utente, comprendenti le caratteristiche tecniche esposte in una o pi? delle unite rivendicazioni.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un metodo e un dispositivo per potenziamento muscolare di un utente, come illustrato negli uniti disegni in cui la figura 1 illustra un dispositivo per potenziamento muscolare, oggetto della presente invenzione, in vista prospettica.

Con riferimento alle figure, con il numero 1 ? indicato un dispositivo per potenziamento muscolare di un utente.

Il dispositivo 1 comprende un cavo 2 destinato a essere collegato ad un utente che deve eseguire il potenziamento muscolare. Ad esempio, il cavo 2 ? del tipo statico a bassa componente inerziale. Ad una estremit? di esso ? disposta una corda elastica che viene connessa all?utente.

Tale cavo 2 ? avvolto attorno a un rocchetto 3 in modo tale che possa essere avvolto/svolto rispetto a esso e si sviluppa almeno in parte tra il rocchetto 3 e l?utente che esegue il potenziamento muscolare.

Il dispositivo 1 comprende:

? mezzi di svolgimento/avvolgimento 4 del cavo 2 rispetto al rocchetto 3;

? mezzi di acquisizione 14 di un parametro identificativo di una tensione del cavo 2;

? mezzi di confronto 15 del parametro con almeno un range di valori preimpostato per comandare i mezzi di svolgimento/avvolgimento 4 del cavo 2 in modo tale da riportare il parametro all?interno del range, nell?eventualit? in cui esso si trovi al di fuori del range.

Preferibilmente, i mezzi di acquisizione 14 e i mezzi di confronto 15 sono disposti all?interno di una centralina 14, 15 comunicante con i mezzi di svolgimento/avvolgimento 4.

Preferibilmente, il dispositivo 1 comprende un dispositivo di interfaccia utente, ad esempio un touch screen, attraverso cui l?utente imposta il range e agisce sul funzionamento del dispositivo 1. Il touch screen pu? essere integrato nel dispositivo 1 oppure in un dispositivo mobile, ad esempio un tablet, comunicante con il dispositivo 1.

Preferibilmente, i mezzi di svolgimento/avvolgimento 4 variano la velocit? di svolgimento/avvolgimento del cavo 2 rispetto al rocchetto 3 in funzione di almeno un input proveniente dai mezzi di confronto.

In particolare, se il parametro acquisito ? minore di un valore minimo del range, la velocit? di svolgimento/avvolgimento viene ridotta; se il parametro acquisito ? maggiore di un valore massimo del range, la velocit? di svolgimento/avvolgimento viene aumentata.

Preferibilmente, i mezzi di confronto 15 sono configurati per adattarsi, durante il funzionamento del dispositivo 1, ad una variazione del range impostato inizialmente. In tal modo, ? possibile variare durante l?esercizio il range di valori e/o impostare una curva di resistenza definita da una pluralit? di range di valori successivi l?uno all?altro nel tempo.

Preferibilmente, i mezzi di svolgimento/avvolgimento 4 del cavo 2 comprendono mezzi motorizzati 5 per porre in rotazione il rocchetto 3. Preferibilmente, i mezzi motorizzati 5 comprendono un motore 6 a corrente continua. Preferibilmente, il motore 6 ? del tipo brushless.

I mezzi motorizzati 5 comprendono anche un albero su cui ? girevolmente montato il rocchetto 3. Tra il motore 6 e l?albero sono interposti un riduttore 9 e un giunto 10.

Durante la fase di svolgimento del cavo 2, ovvero quando l?utente si allena allontanandosi dal dispositivo 1, il parametro identificativo della tensione del cavo 2 ? un parametro elettrico del motore 6, ad esempio coppia, tensione o corrente.

Preferibilmente, al motore 6 ? associato un sistema di condensatori per dissipare l?energia elettrica da esso generata durante il funzionamento del dispositivo 1.

In accordo con una forma realizzativa, i mezzi di acquisizione 14 del parametro possono comprendere almeno un sensore che determina la tensione del cavo 2. In particolare, una pluralit? di sensori ? disposta sul cavo 2. In questo modo, il dispositivo 1 funziona efficientemente anche quando l?utente si allena andando verso il dispositivo 1, ossia quando ? tirato dal cavo 2 verso di esso. Questa fase di allenamento ? di fondamentale importanza per atleti di grande livello. Questi, infatti, dal punto di vista muscolare rasentano la perfezione e per superare il proprio limite necessitano di stimoli a livello cognitivo e sensoriale. In altre parole, si devono convincere che il proprio corpo possa effettivamente andare oltre al limite. L?allenamento verso il dispositivo 1 consente proprio questo. In questo contesto, sensorizzare il cavo 2 ? di fondamentale importanza per salvaguardare l?utente. Infatti, per permettere all?utente di esercitarsi andando verso il dispositivo 1, il cavo 2 deve essere avvolto velocemente.

Il motore 6 brushless, per offrire questa elevata velocit? di avvolgimento, assorbe molta energia e di conseguenza eroga una coppia elevata. Pertanto, l?utente rischia seri infortuni in caso di imprevisti durante l?esercizio.

Sensorizzare il cavo 2 permette di ottenere dati diretti sulla tensione del cavo 2. In funzione della velocit? di avvolgimento desiderata, la tensione del cavo 2 viene mantenuta costante o in un range di valori.

Preferibilmente, i mezzi di svolgimento/avvolgimento 4 comprendono un sistema di distribuzione 7 del cavo 2 sul rocchetto 3 durante la fase di avvolgimento. Tale sistema ? connesso mediante un cinematismo 8 ai mezzi motorizzati 6. In particolare, ? connesso all?albero del rocchetto 3. Il sistema di distribuzione 7 ? interposto tra il rocchetto 3 e l?utente. Esso comprende un dispositivo di distribuzione 11 mobile lungo una direzione sostanzialmente parallela alla lunghezza del rocchetto 3. Per lunghezza del rocchetto 3 qui si intende una direzione lungo cui viene avvolto il cavo 2. Solitamente, tale direzione ? sostanzialmente parallela ad un asse di rotazione del rocchetto 3.

In particolare, il dispositivo di distribuzione 11 ? mobile mediante un accoppiamento con una vite senza fine 12 posta in rotazione tramite il cinematismo 8. Preferibilmente, il dispositivo di distribuzione 11 ? connesso anche ad una barra 13 avente funzione di guida.

Il funzionamento del dispositivo per potenziamento muscolare e un metodo per potenziamento muscolare di un utente, oggetto della presente invenzione, ? descritto nel seguito. Tale metodo ? vantaggiosamente implementato da un dispositivo 1 presentante una o pi? delle caratteristiche descritte in precedenza.

Si consideri una condizione in cui l?utente ? connesso al cavo 2 ed ? stato impostato un range di valori.

L?utente sta svolgendo un allenamento. Pertanto, il cavo 2 viene svolto/avvolto relativamente a un rocchetto 3 ad una data velocit? di svolgimento/avvolgimento. In particolare,

Durante la fase di svolgimento/avvolgimento, si acquisisce un parametro identificativo di una tensione del cavo 2 e si confronta tale parametro con il range preimpostato.

Se il parametro rientra all?interno del range, il cavo 2 continua ad essere svolto/avvolto alla medesima velocit? di svolgimento/avvolgimento.

Se il parametro si trova fuori dal range, viene variata la velocit? di svolgimento/avvolgimento in modo tale da riportare il parametro all?interno del range.

L?acquisizione del parametro, il confronto con il range di valori e l?eventuale variazione della velocit? di svolgimento/avvolgimento avvengono continuativamente durante la fase di svolgimento/avvolgimento del cavo 2.

In particolare, la fase di variare la velocit? di avvolgimento/svolgimento 2 avviene:

- se il parametro si trova al di sotto di un valore minimo del range, aumentando detta velocit? di svolgimento/avvolgimento;

- se il parametro si trova al di sopra di un valore massimo del range, diminuendo la velocit? di svolgimento/avvolgimento.

Preferibilmente, il range di valori pu? essere variato durante la fase di svolgere/avvolgere un cavo 2. In tal modo, ? possibile correggere all?interno dell?allenamento, senza interromperlo, la resistenza offerta dal cavo 2. In pi?, ? possibile impostare un allenamento ?ad hoc? per il proprio sport (e in particolare, per il gesto atletico che caratterizza quell?attivit? sportiva) tramite la definizione di una curva di resistenza.

Nel caso in cui l?utente si alleni allontanandosi dal dispositivo 1 (in particolare dal rocchetto 3), il cavo 2 viene svolto dal rocchetto 3. Si acquisisce il parametro identificativo della tensione del cavo, ad esempio tramite i parametri elettrici del motore 6, e la velocit? di svolgimento viene variata come sopra descritto, in caso il parametro si trovi al di fuori del range. In questa situazione, la tensione offerta dal cavo 2 ? diretta in direzione almeno in parte opposta al moto dell?utente.

Nel caso in cui l?utente si alleni andando verso il dispositivo 1 (in particolare verso il rocchetto 3), il cavo 2 viene avvolto sul rocchetto 3. Al fine di permettere all?utente di allenarsi in sicurezza, si acquisisce il parametro mediante i sensori disposti sul cavo 2. In caso di necessit?, la velocit? di avvolgimento viene regolata di conseguenza come sopra descritto. In questa situazione, l?utente ? tirato verso il rocchetto 3 dal cavo 2. In altre parole, il moto dell?utente ? sostanzialmente concorde alla direzione della tensione offerta dal cavo 2

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del metodo e del dispositivo per potenziamento muscolare di un utente, secondo la presente invenzione, cos? come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare, il fatto che il cavo ? governato da un motore a corrente continua controllato da una centralina permette di fornire all?utente un carico di lavoro dinamico, con variazione controllata. In questo modo, il muscolo lavora con efficienza elevata per tutto l?arco dell?esercizio, a differenza di quanto avviene nelle soluzioni note. In particolare, il mantenimento della tensione all?interno del range ad opera del motore avviene indipendentemente dalla velocit? di movimento e dalle accelerazioni dell?utente. Come conseguenza, sono sufficienti carichi bassi per massimizzare il reclutamento e il controllo muscolare, quindi il rischio di infortuni dovuti a carichi di lavoro eccessivi e potenzialmente rischiosi viene superato. Pertanto, il dispositivo e il metodo sono facilmente utilizzabili sia durante un allenamento sia durante la riabilitazione.

Inoltre, la predisposizione di sensori sul cavo consente all?utente di allenarsi anche andando verso il dispositivo, caratteristica che non ? presente nelle soluzioni note e permette di allenare la coordinazione muscolare, oltre a stimolare l?utente da un punto di vista motivazionale.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per potenziamento muscolare di un utente, comprendente le fasi di: a) svolgere/avvolgere un cavo (2) relativamente a un rocchetto (3) ad una velocit? di svolgimento/ avvolgimento, detto cavo (2) sviluppandosi almeno in parte tra il rocchetto (3) e l?utente che esegue il potenziamento muscolare; b) acquisire un parametro identificativo di una tensione del cavo (2); c) confrontare tale parametro con un range di valori preimpostato; d) se il parametro rientra all?Interno del range, continuare la fase di svolgere/avvolgere il cavo (2) a detta velocit? di avvolgimento/svolgimento; e) se il parametro si trova fuori dal range, variare detta velocit? di avvolgimento/svolgimento in modo tale da riportare il parametro all?interno del range.
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di variare la velocit? avviene: - se il parametro si trova al di sotto di un valore minimo del range, aumentando detta velocit? di svolgimento/avvolgimento; - se il parametro si trova al di sopra di un valore massimo del range, diminuendo la velocit? di svolgimento/avvolgimento.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto almeno un range di valori pu? essere variato durante la fase di svolgere/avvolgere un cavo (2).
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di avvolgere un cavo (2) relativamente a un rocchetto (3) avviene con l?utente che si muove verso il rocchetto (3).
5. 5. Dispositivo (1) per potenziamento muscolare, comprendente: - un cavo (2) destinato a essere collegato ad un utente che deve eseguire il potenziamento muscolare; - un rocchetto (3) attorno a cui ? avvolto detto cavo (2); - mezzi di svolgimento/avvolgimento (4) di detto cavo (2) rispetto al rocchetto (3); - mezzi di acquisizione (14) di un parametro identificativo di una tensione di detto cavo (2); - mezzi di confronto (15) di detto parametro con almeno un range di valori preimpostato per comandare i mezzi di svolgimento/avvolgimento (4) di detto cavo (2) in modo tale da riportare il parametro all?interno del range, nell?eventualit? in cui detto parametro si trovi al di fuori del range.
6. 6. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 5, in cui i mezzi di svolgimento/avvolgimento (4) variano la velocit? di svolgimento/avvolgimento di detto cavo (2) rispetto al rocchetto (3) in funzione di almeno un input proveniente dai mezzi di confronto (15).
7. 7. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui detti mezzi di svolgimento/avvolgimento (4) di detto cavo (2) comprendono: - mezzi motorizzati (5) per porre in rotazione il rocchetto (3); - un sistema di distribuzione (7) del cavo (2) sul rocchetto (3) durante la fase di avvolgimento connesso mediante un cinematismo (8) ai mezzi motorizzati (5).
8. 8. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 7, in cui detti mezzi motorizzati (5) comprendono un motore (6) a corrente continua, detto parametro identificativo della tensione di detto cavo (2) essendo un parametro elettrico del motore (6).
9. 9. Dispositivo (1) secondo la rivendicazione 8, comprendente un sistema di condensatori per dissipare l?energia elettrica generata dal motore (6).
10. 10. Dispositivo (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 5 a 9, in cui i mezzi di acquisizione (14) di detto parametro comprendono almeno un sensore che determina la tensione del cavo (2) e agente su di esso.