IT202100004175A1

IT202100004175A1 - Dispositivo indossabile per allenamento fisico e metodo per il suo controllo

Info

Publication number: IT202100004175A1
Application number: IT102021000004175A
Authority: IT
Inventors: Natali Christian Di; Sanchez-Lafuente Jesus Ortiz; Darwin G Caldwell
Original assignee: Fondazione St Italiano Tecnologia
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2022-08-23

Description

Descrizione dell'Invenzione Industriale dal titolo:

?DISPOSITIVO INDOSSABILE PER ALLENAMENTO FISICO E METODO PER IL SUO CONTROLLO?

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un dispositivo indossabile per allenamento e ad un metodo per il controllo di detto dispositivo indossabile per allenamento; in particolare, per allenare astronauti in condizioni di microgravit?.

Come ? noto, nelle missioni spaziali con equipaggio umano sia in orbita bassa che nello spazio profondo ? di fondamentale importanza ottimizzare l?utilizzo delle risorse disponibili a bordo di veicoli spaziali affinch? la missione possa durare il pi? a lungo possibile, cos? da far fronte a situazioni di emergenza che richiedono molto spesso un?estensione della durata della missione. In queste situazioni, ? di fondamentale importanza che le persone dell?equipaggio siano al meglio della propria forma fisica.

Per far ci?, ? necessario che gli astronauti si allenino compiendo esercizi fisici che, per essere efficaci, necessitano di attrezzi da palestra specificamente congeniati per l?assenza di gravit?.

Nei veicoli spaziali secondo lo stato dell?arte (come ad esempio la Stazione Spaziale Internazionale ? ISS) ? presente un luogo dedicato a palestra, in cui ciascun attrezzo (come ad esempio un tapis roulant, una cyclette o altro) ? accoppiato con lo scafo del veicolo mediante appositi smorzatori che limitano la quantit? di moto che viene trasferito dai muscoli degli astronauti allo scafo del veicolo spaziale, cos? da evitare che le vibrazioni generate interferiscano con misure ed esperimenti condotti in orbita e/o con altri sistemi di bordo; infatti, ciascun astronauta, richiede di sessioni di allenamento della durata anche di tre ore al giorno per ridurre la perdita di massa muscolare dovuta alla microgravit?.

Questo comporta che l?attrezzatura da palestra richieda un?attenta pianificazione dei tempi di utilizzo, poich? gli attrezzi risultano essere una risorsa limitata.

Nella pubblicazione di brevetto americano US 9,072,941 B2 a nome ? descritto un dispositivo indossabile che fornisce una soluzione al problema dell?atrofia muscolare degli astronauti e della disponibilit? dell?attrezzatura da palestra. Questo dispositivo indossabile ? in grado di generare, mediante giroscopi, forze che agiscono sugli arti dell?astronauta, producendo degli effetti simili a quelli della forza di gravit?. Se impiegata per un lungo periodo di tempo, questa soluzione consuma per? un?elevata quantit? di energia elettrica, poich? i volani dei giroscopi devono essere mantenuti ad una velocit? prestabilita, rendendo cos? necessario l?utilizzo di un cavo di alimentazione oppure di una batteria di dimensioni cospicue che limita la mobilit? dell?astronauta. La presente invenzione si propone di risolvere questi ed altri problemi mettendo a disposizione un dispositivo indossabile per allenamento.

Inoltre, la presente invenzione si propone di risolvere questi ed altri problemi mettendo anche a disposizione un metodo per il controllo di detto dispositivo indossabile per allenamento. L?idea alla base della presente invenzione ? di impiegare un dispositivo indossabile per allenamento che comprende una prima porzione, una seconda porzione ed un elemento di trasmissione di forma allungata che accoppia tra loro le due porzioni, dove detta prima porzione pu? essere accoppiata con un primo segmento corporeo (come ad esempio un braccio) e detta seconda porzione pu? essere accoppiata con un secondo segmento corporeo (come ad esempio un avambraccio), dove l?elemento di trasmissione ? configurato in modo da generare una forza che si oppone ad un movimento del primo segmento corporeo rispetto al secondo segmento corporeo, e dove detto elemento di trasmissione comprende un elemento anelastico per trasmettere la forza che si oppone al movimento del primo segmento corporeo rispetto al secondo segmento corporeo, un elemento elastico accoppiato ad almeno detto elemento anelastico, ed una frizione configurata in modo da poter arrestare uno scorrimento dell?elemento anelastico rispetto ad uno dei segmenti corporei e mandare in tensione l?elemento elastico, cos? da generare la forza che si oppone al movimento del primo segmento corporeo rispetto al secondo segmento corporeo.

Questo rende possibile aumentare lo sforzo muscolare durante le normali attivit? fisiche dell?astronauta in regime di microgravit?, evitando di dover compiere lunghe sessioni di allenamento in palestra.

Inoltre, la forma allungata dell?elemento di trasmissione consente di integrare facilmente il dispositivo secondo l?invenzione in una tuta da volo o in una tuta per attivit? terrestre, cos? da rendere anche pi? rapido indossare detto dispositivo.

In questo modo, ? possibile ridurre il tempo che un soggetto deve dedicare per compiere attivit? fisica sia in regime di gravit? che di microgravit?.

Inoltre, questa invenzione rende addirittura superflua la presenza di un?area attrezzata a palestra in alcuni tipi di veicoli spaziali (come ad esempio capsule lunari), dove la riduzione di peso consente di aumentare vantaggiosamente la quantit? di carico trasportabile.

Ulteriori caratteristiche vantaggiose della presente invenzione sono oggetto delle allegate rivendicazioni.

Queste caratteristiche ed ulteriori vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente chiari dalla descrizione di una sua forma di attuazione mostrata nei disegni annessi, forniti a puro titolo esemplificativo e non limitativo, in cui: ? fig. 1 illustra una rappresentazione di un modello di una catena cinematica di un gomito comprendente un dispositivo indossabile secondo l?invenzione;

? fig. 2 illustra uno schema di una porzione della catena cinematica relativa al dispositivo indossabile secondo l?invenzione di fig. 1;

? fig. 3 illustra una pluralit? di dispositivi vestibili di fig. 1 posizionati su diverse parti di un corpo umano;

? fig. 4a-4f illustrano una pluralit? di grafici ognuno dei quali rappresenta graficamente una logica di controllo per utilizzare il dispositivo indossabile di fig. 1 in una particolare parte del corpo umano.

Il riferimento ad "una forma di attuazione" all'interno di questa descrizione sta ad indicare che una particolare configurazione, struttura o caratteristica ? compresa in almeno una forma di attuazione dell'invenzione. Quindi, i termini "in una forma di attuazione" e simili, presenti in diverse parti all'interno di questa descrizione, non sono necessariamente tutti riferiti alla stessa forma di attuazione. Inoltre, le particolari configurazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in ogni modo adeguato in una o pi? forme di attuazione. I riferimenti utilizzati nel seguito sono soltanto per comodit? e non limitano l'ambito di tutela o la portata delle forme di attuazione.

Con riferimento alle figure 1 e 2, verr? ora descritto un dispositivo indossabile 1 per allenamento secondo l?invenzione; tale dispositivo indossabile 1 comprende i seguenti elementi: ? una prima porzione 11 sagomata in modo da essere accoppiata con un primo segmento corporeo, come ad esempio un braccio B1;

? una seconda porzione 12 sagomata in modo da essere accoppiata con un secondo segmento corporeo, come ad esempio un avambraccio B2, dove detto secondo segmento corporeo B2 ? vincolato al primo segmento corporeo B1 con almeno una articolazione, come ad esempio un gomito E;

? un elemento di trasmissione 13 che accoppia tra loro detta prima porzione 11 e detta seconda porzione 12 e che ? configurato per generare una forza che si oppone ad un movimento del primo segmento corporeo B1 rispetto al secondo segmento corporeo B2.

Quando il dispositivo indossabile 1 ? indossato da un astronauta ed ? in una condizione di funzionamento, almeno un movimento compiuto da detto astronauta con i segmenti corporei B1 e B2 richieder? una maggior forza muscolare, poich? detti segmenti corporei B1 e B2 sono accoppiati rispettivamente alla prima porzione 11 e alla seconda porzione 12 e, quindi, sollecitano detto elemento di trasmissione 13 che produrr? una forza resistente atta a contrastare detto almeno un movimento. Questo rende necessario ai muscoli degli astronauti esercitare maggior forza durante le normali attivit? in regime di microgravit? (come ad esempio compiere esperimenti, effettuare la manutenzione del veicolo spaziale, mangiare, o altro), riducendo o addirittura annullando il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

La prima porzione 11 e/o la seconda porzione 12 del dispositivo 1 hanno preferibilmente una forma ad anello, sono preferibilmente realizzate almeno in parte in un tessuto elasticizzato che ha preferibilmente una sezione rettangolare, cos? da potersi accoppiare alla meglio ad un qualunque segmento corporeo, come ad esempio un piede, una gamba, una coscia, un tronco, un braccio, un avambraccio, una mano, o altro, oppure una forma rettangolare (patch) da potersi integrare in una tuta, ad esempio mediante cucitura oppure mediante uno strato di velcro, o altro. Questo permette di integrare vantaggiosamente dette porzioni 11 e 12 in una tuta da volo, preferibilmente una tuta non pressurizzata per astronauta, assieme a tutto il dispositivo 1, cos? da rendere pi? facile per l?astronauta indossare il dispositivo 1, poich? viene indossato assieme alla tuta.

In questo modo, si rende possibile agli astronauti allenare i propri muscoli durante le normali attivit? in regime di microgravit?, riducendo o addirittura annullando il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

L?elemento di trasmissione 13 comprende preferibilmente le seguenti parti:

? un elemento anelastico 131, come ad esempio un filo, un cavo, una banda, una striscia di tessuto o altro, per trasmettere la forza che si oppone al movimento del primo segmento corporeo B1 rispetto al secondo segmento corporeo B2, dove detto elemento anelastico 131a preferibilmente una forma allungata (ad esempio filiforme) ed ? preferibilmente realizzato in materiale anelastico, come nylon, acciaio, polipropilene, poliestere o altro;

? un elemento elastico 132 accoppiato ad almeno detto elemento anelastico 131 e configurato per generare detta forza, dove detto elemento elastico ? preferibilmente posizionato tra due porzioni 131a,131b di detto elemento anelastico, ha preferibilmente forma allungata, ed ? preferibilmente realizzato in un materiale elastico (come ad esempio gomma siliconica, lattice, tessuti elasticizzati o altro) avente una costante elastica di circa 500-10000 N/m.

Questo consente di generare una forza resistente senza utilizzare pesi e soprattutto senza limitare la mobilit? dell?astronauta; infatti, il filo (elemento anelastico 131) pu? essere fatto passare all?interno di una tasca della tuta dell?astronauta (preferibilmente una tasca tenuta chiusa con del velcro), mantenendo l?elemento di trasmissione 13 il pi? possibile attaccato al corpo dell?astronauta, cos? da ridurre il pi? possibile l?aumento dell?ingombro dovuto alla presenza del dispositivo 1 e, quindi, non essere d?impaccio alle normali attivit? di un?astronauta.

In questo modo, si rende possibile agli astronauti esercitare i propri muscoli durante le normali attivit? in regime di microgravit?, riducendo o addirittura annullando il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

Inoltre, l?elemento di trasmissione 13 comprende preferibilmente anche una frizione 133 configurata in modo da poter arrestare uno scorrimento dell?elemento anelastico 131 rispetto a uno dei segmenti corporei B1,B2 e mandare in tensione l?elemento elastico 132. Pi? nel dettaglio, la frizione 131 ? preferibilmente resa solidale ad uno dei segmenti corporei B1,B2 (ad esempio inserendola in una tasca posizionata sul braccio della tuta da volo) e comprende preferibilmente una frizione lineare (preferibilmente di tipo pneumatico) oppure una puleggia accoppiata ad una frizione unidirezionale (come ad esempio un cuscinetto unidirezionale o altro), il cui asse ? solidale ad uno dei segmenti corporei B1,B2 e attorno alla quale ? impegnato parte dell?elemento anelastico 131 (preferibilmente con uno o pi? avvolgimenti); tale frizione 133 ? configurata per operare in due configurazioni:

? una configurazione di blocco, in cui la frizione lineare blocca l?elemento anelastico 132 rispetto ad essa oppure la puleggia non pu? ruotare attorno al suo asse, in modo da poter arrestare uno scorrimento dell?elemento anelastico 131 rispetto ad uno dei segmenti corporei B1,B2;

? una configurazione di sblocco, in cui l?elemento anelastico 132 ? libero di scorrere rispetto alla frizione lineare oppure la puleggia ? libera di ruotare attorno al suo asse.

Quando la frizione 133 ? in una condizione di sblocco, l?elemento anelastico 131 ? libero di scorrere e, quindi, l?elemento elastico 132 non pu? entrare in tensione durante i movimenti del primo segmento corporeo B1 rispetto al secondo segmento corporeo B2, mentre quando la frizione 133 ? in una condizione di blocco, l?elemento anelastico 131 non ? pi? libero di scorrere e, quindi, l?elemento elastico 132 entra in tensione durante i movimenti del primo segmento corporeo B1 rispetto al secondo segmento corporeo B2, generando cos? una forza resistente a tali movimenti.

La presenza della frizione 133 rende possibile, quindi, controllare quando l?elemento di trasmissione 13 deve generare una forza resistente ai movimenti dell?astronauta e quando invece non generare detta forza, ossia a modulare l?allungamento e quindi la forza di richiamo data dall?elemento elastico 132. Questo ? di particolare importanza perch? serve per rendere ?trasparente? il ritorno alla posizione di riposo, cio? a non sfruttare la forza elastica generata dall?elemento elastico 132 e, quindi, non fornire assistenza al paziente durante il movimento opposto, cos? da rendere pi? faticosi solo certi tipi di movimenti (che verranno meglio descritti in seguito), ad esempio quando detti segmenti corporei B1 e B2 hanno una particolare configurazione, ossia sono inclinati tra loro con un?angolazione compresa in un intervallo prestabilito.

Pi? in generale, l?elemento di trasmissione 13 comprende preferibilmente mezzi attuatori (come ad esempio un attuatore elettromeccanico) configurati per variare la forza generata dall?elemento di trasmissione 13.

In questo modo, si rende possibile riprodurre solo le forze che si avrebbero nel compiere movimenti a gravit? terrestre, rendendo possibile agli astronauti esercitare i propri muscoli durante le normali attivit? in regime di microgravit?, cos? da vantaggiosamente ridurre o addirittura annullare il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

In aggiunta a quanto sopra descritto, l?elemento di trasmissione 13 comprende preferibilmente anche un elemento di richiamo 134 accoppiato all?elemento anelastico 131 e realizzato in un materiale elastico (come ad esempio gomma siliconica, un tessuto elastico o altro) avente una costante elastica inferiore a quella dell?elemento elastico 132, e dove detto elemento di richiamo 134 ? posizionato in modo che la frizione 133 sia posizionata tra l?elemento elastico 132 e detto elemento di richiamo 134; tale elemento di richiamo ? preferibilmente posizionato tra due porzioni 131b,131c di detto elemento anelastico 131.

Quando la frizione 133 ? in una configurazione di blocco, l?elemento di richiamo 134 mantiene l?elemento anelastico 131 in tensione, diminuendo il rischio che si ingarbugli, mentre quando la frizione 133 ? in una configurazione di sblocco, l?elemento di richiamo 134 mantiene sempre l?elemento anelastico 131 in tensione estendendosi e ritraendosi in base ai movimenti del primo segmento corporeo B1 rispetto al secondo segmento corporeo B2. Questo rende possibile mantenere l?elemento anelastico 131 il pi? possibile vicino al corpo dell?astronauta, cos? da ridurre il pi? possibile l?aumento dell?ingombro dovuto alla presenza del dispositivo 1 e senza generare forze fastidiose all?astronauta (la costante elastica dell?elemento di richiamo 134 ? inferiore a quella dell?elemento elastico 132 preferibilmente di almeno un ordine di grandezza) che potrebbero generare forze che in regime di gravit? terrestre non sarebbero presenti e, quindi, rendere difficili o innaturali certi movimenti.

In alternativa o in combinazione a quanto sopra descritto, il dispositivo 1 comprende preferibilmente anche un secondo elemento di trasmissione 14 che accoppia tra loro detta prima porzione 11 e detta seconda porzione 12 e che ? configurato per generare una seconda forza che si oppone ad un secondo movimento del primo segmento corporeo B1 rispetto al secondo segmento corporeo B2, dove detto secondo movimento ? preferibilmente opposto al (primo) movimento a cui si oppone il (primo) elemento di trasmissione 13, e dove detto secondo elemento di trasmissione 14 comprende preferibilmente tutti gli elementi del (primo) elemento di trasmissione 13.

La presenza del secondo elemento di trasmissione 14 consente di far lavorare una maggior quantit? di muscoli mantenendo un miglior stato di forma fisica, perch? il (primo) elemento di trasmissione 13 fa lavorare una prima catena muscolare, che ad esempio si occupa di avvicinare tra loro i segmenti corporei B1 (braccio) e B2 (avambraccio), mentre il secondo elemento di trasmissione 14 fa lavorare una seconda catena muscolare (antagonista alla prima) che ad esempio si occupa di allontanare tra loro i segmenti corporei B1 (braccio) e B2 (avambraccio). In questo modo, si rende vantaggiosamente necessario ad una maggior quantit? dei muscoli degli astronauti esercitare maggior forza durante le normali attivit? in regime di microgravit?, riducendo o addirittura annullando il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

In combinazione con i mezzi attuatori, il dispositivo 1 comprende preferibilmente anche mezzi sensori capaci di rilevare la configurazione del primo segmento corporeo B1 rispetto al secondo segmento corporeo B2, ad esempio rilevando la configurazione dell?elemento di trasmissione 13 o 14 oppure dell?articolazione E, e generare un segnale che comprende un dato di lettura che descrive una posizione di detto elemento di trasmissione e/o una velocit? e/o un verso di movimento dell?elemento di trasmissione 13 o 14; inoltre, detto dispositivo comprende anche un?unit? di controllo (detto anche sistema di controllo, che non ? illustrato nelle figure e preferibilmente comprendente un microcontrollore) che comprende i seguenti elementi:

? mezzi di elaborazione, come ad esempio una CPU;

? mezzi di memoria (come ad esempio una memoria di tipo RAM, ROM, SSD, Flash e/o di altro tipo) capaci di memorizzare un insieme di istruzioni che implementano un metodo per il controllo del dispositivo indossabile 1 secondo l?invenzione e che possono essere lette ed eseguite da detti mezzi di elaborazione;

? mezzi di ingresso (input), come ad esempio un?interfaccia I?C o di altro tipo, che sono capaci di ricevere dati di lettura dai mezzi sensori;

? mezzi di uscita (output), come ad esempio una scheda di potenza o altro, capaci di generare un segnale di controllo che controlla, mediante i mezzi attuatori, la forza generata dall?elemento di trasmissione 13 o 14.

Quando il dispositivo indossabile 1 ? in una condizione di funzionamento, i mezzi di elaborazione eseguono l?insieme di istruzioni che implementano il metodo secondo l?invenzione che comprende le seguenti fasi:

? una fase di acquisizione, in cui si acquisisce, mediante i mezzi di ingresso, un dato di lettura che descrive una posizione del (primo) elemento di trasmissione 13 e/o del secondo elemento di trasmissione 14 e/o una velocit? e/o un verso di movimento di detto (primo) elemento di trasmissione 13 e/o detto secondo elemento di trasmissione 14;

? una fase di elaborazione, in cui si determinano, mediante i mezzi di elaborazione, dati di controllo sulla base di almeno detto dato di lettura, dove detti dati di controllo definiscono una configurazione di detto (primo) elemento di trasmissione 13 e/o detto secondo elemento di trasmissione 14;

? una fase di controllo, in cui si genera, mediante i mezzi di uscita, almeno un segnale di controllo sulla base di detti dati di controllo, dove detto segnale di controllo controlla, mediante i mezzi attuatori, la forza generata da detto (primo) elemento di trasmissione 13 e/o detto secondo elemento di trasmissione 14.

L?esecuzione di queste fasi rende ?trasparente? il ritorno alla posizione di riposo, cos? da non sfruttare la forza elastica generata dall?elemento elastico 132 e, quindi, non fornire assistenza al paziente durante il movimento opposto, cos? da rendere possibile riprodurre in maniera ancora pi? accurata le forze che si avrebbero nel compiere movimenti a gravit? terrestre. Questo permette agli astronauti di esercitare i propri muscoli durante le normali attivit? in regime di microgravit?, cos? da vantaggiosamente ridurre o addirittura annullare il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

In combinazione a quanto appena sopra descritto, il dispositivo indossabile 1 pu? essere configurato per determinare (nel corso della fase di elaborazione) i dati di controllo anche sulla base di dati di configurazione che definiscono una o pi? delle seguenti informazioni:

? almeno un intervallo di posizione (ad esempio una posizione angolare) e/o di velocit? (lineare o angolare) e/o un verso di movimento in cui i mezzi attuatori devono essere attivi e/o disattivi;

? un dato di massa che definisce un valore di massa associato ad almeno uno dei segmenti corporei B1,B2 dell?utilizzatore del dispositivo 1, cos? da meglio riprodurre le forze che agiscono sui muscoli di detto soggetto a gravit? terrestre; ? livello di assistenza, che specifica (ad esempio in valore percentuale compreso tra 0% e 100%) l?intensit? della forza resistente generata dal (primo) elemento di trasmissione 13 e/o dal secondo elemento di trasmissione 14 rispetto alla forza a cui i muscoli sarebbero sottoposti a gravit? terrestre.

In questo modo, si aumenta ulteriormente l?accuratezza con cui si generano le forze che si avrebbero nel compiere movimenti a gravit? terrestre, rendendo possibile agli astronauti esercitare i propri muscoli durante le normali attivit? in regime di microgravit? senza sovraccaricarli e/o infiammare le articolazioni, cos? da vantaggiosamente ridurre o addirittura annullare il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

I mezzi sensori possono comprendere almeno un sensore di tipo inerziale (preferibilmente almeno una coppia di sensori inerziali) e/o un sensore di estensione, preferibilmente un trasduttore di tipo capacitivo o resistivo realizzato mediante un tessuto elastico, o un altro tipo di sensore.

Si evidenzia che i sensori di tipo inerziale si prestano per applicazioni di potenziamento muscolare che possono essere compiute utilizzando il dispositivo 1 preferibilmente in presenza di gravit?; infatti, questo tipo di sensori sono basati sulla forza peso generata da una massa inerziale e, quindi, richiedono, per un normale utilizzo, la presenza di un?accelerazione di gravit? costante, ma utilizzando un opportuno algoritmo di filtraggio ? anche possibile impiegarli in regime di microgravit?. I sensori di estensione, invece, si prestano meglio ad applicazioni di tipo spaziale, ossia in regime di microgravit?, dove i sensori di tipo inerziale sono difficilmente utilizzabili e le loro letture risultano essere meno attendibili.

I sensori di estensione possono essere facilmente integrati nella tuta da volo degli astronauti; in particolare, nel tessuto che forma detta tuta, preferibilmente in prossimit? delle articolazioni, cos? da rilevare in maniera molto efficace la configurazione dell?articolazione (ossia almeno un angolo tra i segmenti corporei attaccati a detta articolazione) sulla base dell?estensione di detto sensore. Il tessuto in cui pu? essere integrato detto sensore ? preferibilmente di tipo elasticizzato, cos? da mantenere detto sensore vantaggiosamente pi? attaccato all?articolazione del dell?utilizzatore di detto dispositivo 1, cos? da avere una rilevazione ancora pi? precisa della configurazione dell?articolazione.

In questo modo, si aumenta ulteriormente l?accuratezza con cui si generano le forze che si avrebbero nel compiere movimenti a gravit? terrestre, rendendo possibile agli astronauti esercitare i propri muscoli durante le normali attivit? in regime di microgravit? senza sovraccaricarli e/o infiammare le loro articolazioni, cos? da vantaggiosamente ridurre o addirittura annullare il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica.

Si evidenzia che l?unit? di controllo sopra descritta pu? controllare il (primo) elemento di trasmissione 13 e/o il secondo elemento di trasmissione 14, che sono compresi nello stesso dispositivo 1, ma detta unit? di controllo pu? anche essere configurata per controllare una pluralit? di altri dispositivi vestibili 1.

Si evidenzia che la soluzione basata sulla coppia di giunti 13 e 14 ben si presta per le articolazioni come il gomito ed il ginocchio, ossia che sono azionate da muscoli in grado di generare movimenti di flessione ed estensione. Per quanto riguarda le articolazioni che consentono pi? movimenti (come ad esempio l?anca che consente di compiere movimenti di flessoestensione ma anche di abduzione-adduzione e di rotazione interna-esterna), ? possibile impiegare anche pi? coppie di dispositivi secondo l?invenzione posizionate in modo da contrastare un numero maggiore di movimenti.

Con riferimento anche alla figura 3, verr? ora descritto un esempio di applicazione preferita dell?invenzione, in cui un utilizzatore U indossa una pluralit? di dispositivi vestibili 1a-1h secondo l?invenzione. Questi dispositivi 1a-h sono di seguito riportati:

? il primo dispositivo 1a avente una prima porzione accoppiata al tronco ed una seconda porzione accoppiata al braccio sinistro, cos? da sollecitare i muscoli della spalla sinistra S;

? il secondo dispositivo 1b avente una prima porzione accoppiata al tronco ed una seconda porzione accoppiata al braccio destro, cos? da sollecitare i muscoli della spalla destra;

? il terzo dispositivo 1c avente una prima porzione accoppiata al braccio sinistro ed una seconda porzione accoppiata all?avambraccio sinistro, cos? da sollecitare i muscoli del gomito sinistro;

? il quarto dispositivo 1d avente una prima porzione accoppiata al braccio destro ed una seconda porzione accoppiata all?avambraccio destro, cos? da sollecitare i muscoli del gomito destro;

? il quinto dispositivo 1e avente una prima porzione accoppiata alla coscia sinistra ed una seconda porzione accoppiata alla gamba sinistra, cos? da sollecitare i muscoli del ginocchio sinistro;

? il sesto dispositivo 1f avente una prima porzione accoppiata alla coscia destra ed una seconda porzione accoppiata alla gamba destra, cos? da sollecitare i muscoli del ginocchio destro K;

? il settimo dispositivo 1g avente una prima porzione accoppiata al tronco ed una seconda porzione accoppiata alla coscia destra, cos? da sollecitare i muscoli dell?anca destra;

? l?ottavo dispositivo 1h avente una prima porzione accoppiata al tronco ed una seconda porzione accoppiata alla coscia sinistra, cos? da sollecitare i muscoli dell?anca sinistra H;

? il nono dispositivo 1i avente una prima porzione accoppiata alla coscia destra ed una seconda porzione accoppiata alla gamba destra, cos? da sollecitare i muscoli del ginocchio destro K;

? il decimo dispositivo 1j avente una prima porzione accoppiata alla gamba sinistra ed una seconda porzione accoppiata al piede sinistro, cos? da sollecitare i muscoli della caviglia sinistra A.

Con riferimento anche alla figura 4, verranno ora descritti i dati di configurazione utilizzati dai dispositivi 1d-1j. Per comodit? descrittiva, questi dati di configurazione si riferiscono a dispositivi che sono impiegati per gli arti inferiori (che sono quelli pi? soggetti ad atrofia muscolare in regime di microgravit?) per riprodurre la resistenza che un soggetto percepisce in condizioni di gravit? terrestre. ? comunque possibile che altri dati di configurazione siano utilizzati per i dispositivi 1a-1c cos? da mantenere allenati anche i muscoli degli arti superiori.

Pi? nel dettaglio, ciascuno dei grafici A)-F) rappresenta mediante una linea continua un ciclo del passo (noto anche come ?ciclo del cammino? - gait cycle) di una particolare articolazione, indicando in ascissa una percentuale rappresentativa dello stato di avanzamento del ciclo del passo ed in ordinata l?angolo dell?articolazione, dove l?angolo zero ? l?angolo che l?articolazione assume quando il soggetto si trova fermo in piedi; inoltre, ciascun grafico rappresenta mediante uno o pi? rettangoli R,R1,R2 i dati di configurazione. In particolare, i grafici A)-F) rappresentano i dati di configurazione nel seguente modo:

? il grafico A) indica che i dati di configurazione definiscono che i mezzi attuatori del dispositivo 1h devono rimanere attivi quando l?angolo dell?anca ? compreso tra circa -11 e 39 gradi sessagesimali e detto angolo diminuisce di valore, ossia ha velocit? angolare (derivata prima) negativa;

? il grafico D) indica che i dati di configurazione definiscono che i mezzi attuatori del dispositivo 1g devono rimanere attivi quando l?angolo dell?anca ? compreso tra circa -10 e 38 gradi sessagesimali e detto angolo aumenta di valore, ossia ha una velocit? angolare (derivata prima) positiva;

? il grafico B) indica che i dati di configurazione definiscono che i mezzi attuatori del dispositivo 1e devono rimanere attivi quando l?angolo del ginocchio ? compreso tra circa -6 e 37 gradi sessagesimali e la sua velocit? angolare (derivata prima) ? inferiore ad una prima soglia;

? il grafico E) indica che i dati di configurazione definiscono che i mezzi attuatori del dispositivo 1f devono rimanere attivi quando l?angolo del ginocchio ? compreso tra circa -6 e 38 gradi sessagesimali e la sua velocit? angolare (derivata prima) ? superiore ad una seconda soglia;

? il grafico C) indica che i dati di configurazione definiscono che i mezzi attuatori del dispositivo 1i devono essere attivati quando l?angolo della caviglia ? compreso tra circa -15 e -20 gradi sessagesimali e la sua velocit? angolare (derivata prima) ? superiore ad una terza soglia, preferibilmente pari a zero, e rimanere attivi fino a quando detta velocit? angolare (derivata prima) ? inferiore ad una quarta soglia che ? determinata sulla base di una forza di resistenza che si vuole imporre ai muscoli dell?astronauta, ad esempio determinata sulla base di un dato di pendenza che descrive una pendenza che l?astronauta potrebbe percorrere camminando in regime di gravit? terrestre;

? il grafico F) indica che i dati di configurazione definiscono che i mezzi attuatori del dispositivo 1j devono essere attivati quando l?angolo della caviglia ? compreso tra circa 5 e 10 e la sua velocit? angolare (derivata prima) ? inferiore ad una quinta soglia, e rimanere attivi fino l?angolo della caviglia ? superiore a circa -17 gradi sessagesimali.

Pi? in generale, i dati di configurazione rappresentati nei grafici A)-F) indicano che i mezzi attuatori di un dispositivo secondo l?invenzione devono essere attivati quando c?? un cambio nel verso di rotazione di un?articolazione a cui ? associato detto dispositivo e detta articolazione ha un angolo superiore/inferiore ad una prima soglia che ? preferibilmente determinato sulla base di un livello di resistenza; tale livello di resistenza pu? essere determinato sulla base di logiche di controllo impostate dall?utilizzatore del dispositivo (ossia ?locali?) e/o impostate a distanza (ossia ?remote?), ad esempio impostata dal controllo missione.

Pi? nel dettaglio, il dispositivo secondo l?invenzione pu? essere configurato per eseguire un insieme di istruzioni che implementano la porzione di pseudocodice di seguito riportata.

Come si pu? notare, per la k-esima articolazione (inclusa in un insieme di N articolazioni) viene determinato, sulla base del segno della derivata prima se l?articolazione si sta flettendo (Flex) oppure estendendo (Ext). Dopodich?, se l?articolazione si sta flettendo, i mezzi attuatori vengono attivati se l?angolo di detta articolazione

? compreso in un intervallo prestabilito (?kFm,?kFM), altrimenti <detti metti attuatori vengono disattivati > <Cosa >simile avviene se la k-esima articolazione si sta estendendo; infatti, se l?articolazione si sta estendendo, i mezzi attuatori vengono attivati se l?angolo di detta articolazione (?k) ? compreso in un intervallo prestabilito

ti detti metti attuatori vengono disattivati

In altre parole, il dato di lettura acquisito nel corso della fase di acquisizione pu? descrive preferibilmente una velocit? di rotazione di una delle articolazioni A,E,H,K,S; inoltre, nel corso della fase di elaborazione, si determina preferibilmente un verso di rotazione di detta articolazione A,E,H,K,S sulla base di detta velocit? di rotazione, mentre i dati di controllo sono preferibilmente determinati sulla base di detto verso di movimento, e definiscono se bloccare o sbloccare la frizione 133.

In questo modo, si aumenta ulteriormente l?accuratezza con cui si generano le forze che si avrebbero nel compiere movimenti a gravit? terrestre, rendendo possibile agli astronauti esercitare i propri muscoli durante le normali attivit? in regime di microgravit? in maniera simile a quello che farebbero sulla Terra, cos? da vantaggiosamente ridurre o addirittura annullare il tempo da dedicare specificamente all?attivit? fisica. Inoltre, questa soluzione consente di ridurre il consumo di energia elettrica, poich? l?unico elemento di controllo che richiede di alimentazione elettrica, oltre all?unit? di controllo, ? la frizione 133 o il suo attuatore.

Sono ovviamente possibili numerose varianti all?esempio fin qui descritto.

Alcune delle possibili varianti sono state descritte sopra, ma ? chiaro al tecnico del ramo che, nell?attuazione pratica, esistono anche altre forme di realizzazione, con diversi elementi che possono essere sostituiti da altri tecnicamente equivalenti. La presente invenzione non ? dunque limitata agli esempi illustrativi descritti, ma ? suscettibile di varie modifiche, perfezionamenti, sostituzioni di parti e di elementi equivalenti senza comportare scostamenti dall?idea inventiva di base, come specificato nelle seguenti rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo indossabile (1) per allenamento, comprendente ? una prima porzione (11) sagomata in modo da essere accoppiata con un primo segmento corporeo (B1),

? una seconda porzione (12) sagomata in modo da essere accoppiata con un secondo segmento corporeo (B2) che ? vincolato a detto primo segmento corporeo (B1) con almeno un?articolazione (A,E,H,K,S),

? un elemento di trasmissione (13) che accoppia tra loro detta prima porzione (11) e detta seconda porzione (12) e che ? configurato per generare una forza che si oppone ad un movimento del primo segmento corporeo (B1) rispetto al secondo segmento corporeo (B2),

caratterizzato dal fatto che

detto elemento di trasmissione (13) ha una forma allungata e comprende

? un elemento anelastico (131) per trasmettere la forza che si oppone al movimento del primo segmento corporeo (B1) rispetto al secondo segmento corporeo (B2),

? un elemento elastico (132) accoppiato ad almeno detto elemento anelastico (131), ed

? una frizione (133) configurata in modo da poter arrestare uno scorrimento dell?elemento anelastico (131) rispetto ad uno dei segmenti corporei (B1,B2) e mandare in tensione l?elemento elastico (132), cos? da generare detta forza.

2. Dispositivo indossabile (1) secondo la rivendicazione 1, in cui l?elemento di trasmissione (13) comprende anche un elemento di richiamo (134) accoppiato con l?elemento anelastico (131) e realizzato in un materiale avente una costante elastica inferiore a quella dell?elemento elastico (132), e dove la frizione (133) ? posizionata tra l?elemento elastico (132) e detto elemento di richiamo (134).

3. Dispositivo indossabile (1) secondo le rivendicazioni 1 o 2, in cui la frizione (133) comprende mezzi attuatori configurati per bloccare o sbloccare detta frizione (133) quando attivati o disattivati.

4. Dispositivo indossabile (1) secondo la rivendicazione 3, in cui la frizione (133) ? una frizione lineare.

5. Dispositivo indossabile secondo le rivendicazioni 3 o 4, comprendente mezzi sensori capaci di rilevare una configurazione del primo segmento corporeo (B1) rispetto al secondo segmento corporeo (B2), ed un?unit? di controllo comprendente mezzi di elaborazione configurati per

? acquisire, mediante i mezzi sensori, un dato di lettura che descrive una posizione dell?elemento di trasmissione (13) e/o una velocit? e/o un verso di movimento di detto elemento di trasmissione (13),

? determinare dati di controllo sulla base di almeno detto dato di lettura, dove detti dati di controllo definiscono una configurazione di detto elemento di trasmissione (13),

? generare almeno un segnale di controllo sulla base di detti dati di controllo, dove detto segnale di controllo controlla, mediante i mezzi attuatori, la forza generata da detto elemento di trasmissione (13).

6. Dispositivo indossabile secondo la rivendicazione 5, in cui i mezzi di elaborazione sono configurati per determinare i dati di controllo anche sulla base di dati di configurazione che definiscono un intervallo di posizione e/o di velocit? e/o un verso di movimento in cui i mezzi attuatori devono essere attivi e/o disattivi.

7. Dispositivo indossabile secondo le rivendicazioni 5 o 6, in cui i mezzi di elaborazione sono configurati per determinare i dati di controllo anche sulla base di un dato di massa che definisce un valore di massa associato ad almeno uno dei segmenti corporei (B1,B2).

8. Dispositivo indossabile secondo una qualunque delle rivendicazioni da 5 a 7, in cui i mezzi sensori comprendono almeno un sensore di estensione e/o un sensore inerziale.

9. Dispositivo indossabile (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente un secondo elemento di trasmissione (14) che accoppia tra loro detta prima porzione (11) e detta seconda porzione (12), e dove detto secondo elemento di trasmissione (14) ? configurato per generare una seconda forza che si oppone ad un secondo movimento del primo segmento corporeo (B1) rispetto al secondo segmento corporeo (B2).

10. Dispositivo indossabile (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima porzione (11) e/o la seconda porzione (12) sono realizzate almeno in parte in un tessuto elasticizzato.

11. Metodo per il controllo di un dispositivo indossabile (1) secondo una qualunque delle rivendicazioni da 5 a 8, comprendente

? una fase di acquisizione, in cui si acquisisce, mediante mezzi di ingresso, un dato di lettura che descrive una posizione di almeno un elemento di trasmissione (13,14) di detto dispositivo indossabile e/o una velocit? e/o un verso di movimento di detto elemento di trasmissione (13,14),

? una fase di elaborazione, in cui si determinano, mediante mezzi di elaborazione, dati di controllo sulla base di almeno detto dato di lettura, dove detti dati di controllo definiscono una configurazione di detto elemento di trasmissione (13,14),

? una fase di controllo, in cui si genera, mediante mezzi di uscita, almeno un segnale di controllo sulla base di detti dati di controllo, dove detto segnale di controllo controlla, mediante mezzi attuatori, la forza generata da detto elemento di trasmissione (13,14).

12. Metodo secondo la rivendicazione 11, in cui, nel corso della fase di elaborazione, si determinano i dati di controllo anche sulla base di dati di configurazione che definiscono un intervallo di posizione e/o di velocit? e/o un verso di movimento in cui i mezzi attuatori devono essere attivi e/o disattivi.

13. Metodo secondo le rivendicazioni 11 o 12, in cui, nel corso della fase di elaborazione, si determinano i dati di controllo anche sulla base di un dato di massa che definisce un valore di massa associato ad almeno un segmento corporeo (B1,B2) a cui detto dispositivo indossabile (1) ? accoppiato.

14. Metodo secondo una qualunque delle rivendicazioni da 11 a 13, in cui il dato di lettura acquisito nel corso della fase di acquisizione descrive una velocit? di rotazione di un?articolazione (A,E,H,K,S), e dove, nel corso della fase di elaborazione, si determina un verso di rotazione di detta articolazione (A,E,H,K,S) sulla base di detta velocit? di rotazione, ed i dati di controllo sono determinati sulla base di detto verso di movimento e definiscono se bloccare o sbloccare una frizione (133).

15. Prodotto informatico (computer program product) caricabile nella memoria di un elaboratore elettronico e comprendente porzione di codice software per attuare le fasi di un metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 14.

16. Sistema di controllo configurato per eseguire le fasi di un metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 11 a 14.