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Sviluppo di un manichino strumentato per la caratterizzazione ad impatto di dispositivi di protezione

La sicurezza nello sci alpino è un problema complesso che risulta anche correlato con l'efficienza di dispositivi di protezione individuale e di barriere protettive, sia nel caso di cadute che nel caso di collisioni con altri sciatori o di impatti con ostacoli fissi. L'incidenza di lesioni dovute a cadute o impatti potrebbe essere ridotta anche tramite il miglioramento dei dispositivi di sicurezza. I dispositivi e le barriere di sicurezza dovrebbero essere caratterizzati tramite test dinamici appropriati in grado di simulare le velocità in gioco e le complesse condizioni di carico: ulteriore complessità deriva dalla peculiarità della geometria del corpo umano e dalla variabilità che le posture possono assumere durante l'impatto.
Lo sviluppo di una manichino antropomorfo strumentato con accelerometri e celle di carico in posizioni cruciali quali testa e torace dovrebbe aumentare la possibilità di una corretta caratterizzazione dinamica dei dispositivi. Analogamente a quanto avviene nell'industria automobilistica, il manichino sarà utilizzato per simulare impatti contro tipiche barriere di sicurezza quali le reti ed i materassi o possibili cadute, con condizioni di velocità ed equipaggiamento realistici.
Il manichino sarà in grado di indossare diverse protezioni (quali caschi, paradenti, ginocchiere etc.) e di impattare gli ostacoli con diverse posture: i dati rilevati dagli accelerometri e con telecamere ad alta velocità consentiranno una comprensione approfondita dei fenomeni utile ad un miglioramento meccanico e biomeccanico dell'equipaggiamento di sicurezza nello sci.

Analisi sperimentale su scarpone da sci

Il microclima all' interno dello scarpone da sci è un fattore molto importante per la sicurezza durante la pratica dello sci alpino poiché una temperatura adeguata e un piede a cui è permessa una buona traspirazione sono essenziali per un buon controllo dello sci stesso. Lo studio del microclima all' interno dello scarpone verrà condotto sia in laboratorio che sul campo tramite rilevazioni sperimentali. Tecniche di misura speciali saranno sviluppate e/o adattate allo scopo di ottenere misure di temperatura, pressione e umidità all' interno dello scarpone da sci. Verranno testati scarponi con differente tecnologia di costruzione e verrà valutata l'influenza della tecnologia costruttiva sulla geometria del piede. Allo stesso tempo verranno eseguiti test su campioni di scarpone composti da diversi tipo di materiali e scarpette interne. Misure fisiologiche e climatiche saranno effettuate considerando differenti accentuazioni, ad esempio, di distribuzione di umidità/acqua in differenti zone dello scarpone o considerando la dinamica del trasporto di umidità. Per mezzo di questi dati e test verrà sviluppato un prototipo di scarpetta interna per scarpone da sci che sarà testato sia in laboratorio che sul campo.

Wärmebildkamera

Wärmebildkamera

Simulazione della meccanica dell'infortunio durante la pratica dello sci alpino

L'obbiettivo del progetto è di analizzare il meccanismo di lesione del ginocchio che coinvolge il legamento anteriore crociato (ACL) e i traumi dovuti a collisione durante la pratica dello sci alpino. Un modello di sciatore, un modello di giunzione del ginocchio , l'attrezzo sportivo (sci) e le interazioni tra neve e sci sono implementate al computer attraverso lo sviluppo di un modello numerico di simulazione che riproduce selezionati meccanismi di infortunio. Vengono analizzati soprattutto il carico sulla giunzione del ginocchio e delle strutture che la compongono. Attraverso parametri specifici si studierà l'effetto dell' equipaggiamento (sci, scarponi da sci e attacchi) e dello sciatore (condizioni fisiche, comportamento) sul carico dell' articolazione del ginocchio e quindi si dedurranno misure preventive atte a ridurre la possibilità di infortunio. Verranno poi studiati e testati alcuni dispositivi di protezione addizionali per la testa e per il ginocchio. Le simulazioni numeriche al computer saranno affiancate a studi sperimentali su manichini dotati di sensori, similmente a quanto avviene nel settore automobilistico con i crash test.

Simulation

Paradenti

Nella pratica dello sci alpino i traumi che coinvolgono l'arcata dentale sono abbastanza frequenti e possono comportare conseguenze anche gravi all' infortunato. E' noto poi che l'equilibrio dello sciatore viene influenzato dall'assetto dell' articolazione temporo mandibolare (sistema tonico posturale) che, se non corretto, può causare squilibri posturali più o meno gravi contribuendo ad aumentare le possibilità di caduta e quindi di infortunio.
Un assetto posturale errato abbassa poi l'efficienza atletica durante la prestazione agonistica. Un altro fattore che influenza il comfort e di conseguenza la sicurezza durante la pratica dello sci è determinato dalla facilità della respirazione. Se questa non avviene in maniera naturale, lo sciatore non potrà usufruire di una sufficiente ossigenazione, compromettendo ancora una volta l'efficienza del sistema muscolare.

Si vuole sviluppare un paradenti che raggruppi assieme i tre aspetti sopra citati : svolga una funzione di protezione contro l'impatto sull' arcata dentale, migliori la postura dell' atleta e ne faciliti la respirazione.
Contrariamente ai prodotti oggi presenti sul mercato , questo paradenti verrà sviluppato partendo da uno stampo derivanet direttamente dal calco dentale che verrà fornito dal dentista. Questo porterà alla creazione di un paradenti più preciso e confortevole.

Lo sviluppo si diveiderà in tre fasi:
1) individuazione dei materiali idonei e comparazione meccanica tra materiali. Test di trazione e impatto su provini. Allo scopo si eseguiranno test di :

a) Trazione (valutazione caratteristiche di trazione - rottura) (UNI EN ISO 527-2:1997)
b) Impatto (valutazione performance di assorbimento dell' energia di impatto) (prEN 15721:2007

2) Sviluppo di prototipo di paradenti - Comparazione del prototipo con modelli già in commercio
In questa fase si svilupperà un prototipo di paradenti (stampato) che verrà sottoposto a test di impatto su simulacro di arcata dentale dotata di sensori per la misura dell' assorbimento dell' energia di impatto.
Il paradenti sarà dotato di una speciale barra di materiale semirigido avente lo scopo di distribuire in maniera uniforme la forza di impatto sull' arcata dentale e di speciali spessori a livello dei denti molari aventi lo scopo di migliorare la respirazione e l' equilibrio dell'utilizzatore.
Si eseguiranno prove di impatto tra modelli dotati di tali accorgimenti e modelli che ne sono sprovvisti valutandone gli effetti sull' arcata dentale.

3) Sviluppo finale del paradenti
La fase finale del progetto dovrà prevedere:

Prove di ritenzione secondo norma prEN15712:2007
Test di impatto su manichino sensorizzato e su falsa testa
Valutazione del comfort e dell' equilibrio tramite utilizzo reale da parte di atleti (respirazione, sopportabilità)


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