Dottorato in Fisiopatologia Medica

Durante un gesto motorio avviene un continuo adattamento posturale che permette di gestire le interazioni meccaniche intrinseche ed estrinseche all’organismo per assolvere il compito con il massimo rendimento. Utilizzare il termine rendimento, - appartenente alla terminologia meccanica -, nella descrizione dei gesti motori significa focalizzare l’attenzione sui suoi aspetti cinematici e cinetici. La biomeccanica è quella branca delle scienze motorie che analizza i movimenti proprio attraverso tali aspetti. Si parla di biomeccanica qualitativa, se l’unico parametro cinematico considerato è il tempo. Si parla di biomeccanica quantitativa se si prendono in considerazione il tempo, lo spazio e le masse.

Il progetto di questa ricerca di dottorato ha avuto l’obiettivo di applicare i principi della biomeccanica quantitativa per analizzare gli atti motori in condizioni controllate di forte stress psico-fisico, come le prestazioni sportive.

Questo tipo di indagini possono essere utili per comprendere se il gesto sportivo: 1) è congruo alle capacità motorie del soggetto che lo realizza, 2) è possibile renderlo più efficiente, e 3) può rappresentare un fattore di rischio per  l’insorgenza di infortuni.

L’analisi biomeccanica quantitativa in ambito sportivo richiede l’uso di sistemi di acquisizione dei dati cinematici che non devono interferire con l’espressione della gestualità. Tali sistemi sono definiti di “Motion Capture non a contatto”, che tramite funzioni di Computer Vision e Computer Graphic, permettono di realizzare modelli matematici che rappresentano il movimento sia in forma grafica, sia in forma esplicita.

Realizzare un modello matematico del movimento da semplici filmati, richiede lo studio dell’hardware e del software che compongono i sistemi di Motion Capture: 1) la codifica e la decodifica dell’informazione visiva da parte dei sensori digitali per realizzare sequenze di fotogrammi; 2) il calcolo delle distorsioni lenticolari dovute all’accoppiamento sensore digitale – lente dell’obiettivo; 3) le tecniche di sincronizzazione tra videocamere per realizzare una visione multilaterale del movimento; 4) le procedure di autotracciamento di punti di repere identificati in un piano di ripresa; 5) i metodi di rilevamento dei punti anatomici con e senza marcatori; 6) gli algoritmi di calibrazione per l’orientamento spaziale dei piani di ripresa e la triangolazione dei sistemi a visuale multipla; 7) la ricostruzione del movimento tramite modelli antropomorfici propri della realtà virtuale; 8) le funzioni di dinamica inversa; 9) l’applicazione di procedure statistiche multimodali per la semplificazione del modello caratteristico del movimento; 10) la conoscenza dettagliata dell’azione motoria per poterne valutare l’efficienza.

La ricerca sperimentale effettuata ha richiesto lo sviluppo di ognuno di questi punti per poter realizzare modelli biomeccanici in grado di valutare diverse azioni sportive: dagli effetti dell’autoefficacia che si riversano sulla resa del tiro libero nel basket, alla variazione tecnica a cui sono sensibili i weightlifter quando incrementano i carichi da sollevare; dalla postura di guida che adottano i motociclisti per superare gli ostacoli off-road, alle differenze tecniche che contraddistinguono i nuotatori d’élite da quelli di livello regionale.

In conclusione, si è giunti ad ipotizzare un generale modello che potrebbe definire in maniera generale la prestazione motoria. Quest’ultima di solito è una rapida successione di situazioni statiche antecedenti a situazioni dinamiche, che si evolvono rapidamente e si concludono nell’assoluzione del compito motorio. Le variazioni di ampiezza o di fase della rappresentazione matematica esemplificativa del gesto motorio, potrebbero informare sul grado di adattamento del soggetto ad un unico gesto o a gesti differenti.

Le informazioni estratte nei casi sperimentali studiati e, in generale, disponibili con tale tipo di approccio permettono di assistere il lavoro degli allenatori nel progettare specifici programmi di ottimizzazione del gesto sportivo, quantificare l’efficacia riabilitativa dei protocolli fisioterapici, prevedere i rischi occupazionali e monitorare la popolazione per ridurre i costi sanitari legati all’inattività motoria.

Formicola D, Pizzigalli L, Filippini A, Ivaldi M, Riba A, Rainoldi A, Neuromechanical differences between “difficulty” and “boulder” climbers. A pilot study. 3^rd International Congress “Mountain, Sport & Health”, 12-14 November, Rovereto (TN),Italy – poster session

Formicola D, Rainoldi A, Markerless video analysis protocol to evaluate the biomechanic effectiveness of the snatch, XVIII ISEK Congress, 16-19 June, 2010, Aalborg, DK, – oral session

Formicola D, Gazzoni M, Pizzigalli L, Filippini A, Ivaldi M, Boccia G, Riba A, Rainoldi A. Neuromechanical characterization of two different techniques of rock climbing, XVIII ISEK Congress, 16-19 June, 2010, Aalborg, DK, – poster session

Formicola D, Rainoldi A, Self confidence can be enforced by biomechanics feedback, 2nd SISMES National Congress, September 30 – October 2, 2010, Turin, Italy, – oral session

Formicola D, Rainoldi A,  A biomechanical model of the rider-motorcycle interplay during trial performance,  3rd SISMES National Congress, September 29 – October 2, 2011, Verona, Italy, - poster session

Formicola D, Rainoldi A, 3D biomechanics assessment of the effectiveness of three different swimming start techniques, 3rd SISMES National Congress, September 29 – October 2, 2011, Verona, Italy, - oral session

Formicola D, Rainoldi A, Self confidence can be enforced by biomechanics feedback, J Sports Med and Phys Fitness, Vol. 50 - Suppl. 1 to issue No. 3

Formicola D, Rainoldi A,  A biomechanical model of the rider-motorcycle interplay during trial performance, J Sports Med and Phys Fitness, Vol. 51‐ Suppl. 1 to issue No. 3

Formicola D, Rainoldi A, 3D biomechanics assessment of the effectiveness of three different swimming start techniques, J Sports Med and Phys Fitness Vol. 51‐ Suppl. 1 to issue No. 3

Formicola D, Ivekovic S, Marker-based and markerless articulated human body pose estimation. A general description of algorithms and methods towards two examples of recent application, 28 May 2010, SUISM,Turin,Italy

Formicola D, Rainoldi A. – Markerless video analysis protocol to evaluate the biomechanic effectiveness of the Snatch: Tecnical Report, EWF International Symposium, Weightlfting’s Challenges in the Third Millenium, 27 March 2010,Verona, I

Formicola D, Boccia G, Rainoldi A, MATLAB Summer School 2011 1st Edition - Principles of Technical Computing, Centro Ricerche Scienze Motorie, SUISM, Agosto 2011, Torino

Formicola D, Rainoldi A, Campionati Italiani di Sollevamento Pesi 2008: una nuova prospettiva per la valutazione dell’efficienza tecnica dei gesti sportivi. Menzione Speciale al 1° Premio “Alberto Madella” per la Ricerca Applicata allo Sport, Scuola dello Sport, Coni Servizi SpA, Giugno 2009, Roma

Docente del corso di Misure e Analisi del Movimento, lauree specialistiche in Scienze Motorie, SUISM, Torino, a.a. 2011/12;

Docente del corso di Organizzazione e Sviluppo Programmi di Allenamento, lauree specialistiche in Scienze Motorie, SUISM, Torino, a.a. 2011/12;

Collaborazione alla Docenza al Corso di Metodologie e Tecniche di Analisi ed Interpretazione dei Biosegnali  - Motion Capture, per il Corso di Laurea specialistcica in Scienze Motorie presso Università degli Studi di Genova, Novembre 2010;

Docente del corso di Elementi di Biomeccanica Applicata, Materia a Scelta in ambito "Area Biomedica - Pacchetto 9" presso SUISM, Torino, a.a. 2009/10;

Docente del corso di Elementi di Rappresentazione Grafica e Statistica Descrittiva, Materia a scelta in ambito "Ricerca Sperimentale - Pacchetto 8" presso SUISM, Torino, a.a. 2008/09;