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Simulazione virtuale del movimento umano

Sebbene attualmente sia possibile controllare i movimenti del sistema muscolo-scheletrico, la simulazione dei meccanismi alla base di tali movimenti è ancora piuttosto difficoltosa. A raccogliere questa difficile sfida è stato un istituto di ricerca bulgaro, il quale propone un approccio integrato per la progettazione del controllo nella simulazione al computer sia dei movimenti volontari che involontari. Quest'approccio potrebbe rivelarsi molto importante per numerosi settori, fra cui l'ingegneria biomeccanica, l'animazione facciale, la realtà virtuale e la robotica.
Simulazione virtuale del movimento umano
Il movimento umano, risultato finale della sinergia fra i muscoli e le articolazioni dipende fortemente da dinamiche "multi-body" (ovvero dinamiche meccaniche articolate) molto complesse. Camminare, correre, saltare, afferrare o lanciare sono tutti semplici movimenti, caratterizzati da una sequenza continua di complesse variazioni di posizione e di postura del corpo. I sistemi muscolo-scheletrici vengono interamente controllati attraverso meccanismi potenzialmente non espliciti che occorre studiare in modo più approfondito per giungere ad una simulazione realistica del movimento umano.

Deciso a raccogliere la sfida, un gruppo di ricercatori bulgari ha elaborato una strategia completa per la progettazione del controllo nella simulazione al computer dei movimenti umani volontari e involontari. Per i movimenti involontari, ovvero non forzati in termini di spazio-tempo o forza-tempo, l'approccio prevede un metodo di apprendimento del controllo basato sulla simulazione della dinamica ripetuta e sulla valutazione del movimento. Per i movimenti volontari, relativi alla postura (posture tracking), per esempio, è possibile utilizzare dei controllori in retroazione (feedback) ottimali, sufficientemente robusti per simulare i movimenti umani.

Questi metodi estremamente efficaci di simulazione dei sistemi di biomeccanica "multi-body" sono stati testati mediante due diversi studi di casi, entrambi basati su modelli di movimenti sia volontari che involontari. La variabilità della struttura e dei parametri del sistema di controllo utilizzato ha permesso di ottimizzare il movimento simulato, per esempio in termini di tempo di esecuzione ed energia di controllo. Inoltre, la validità dell'algoritmo sviluppato per l'apprendimento del controllo è stata testata e valutata mediante la simulazione al computer di un modello dinamico completo.

L'impiego di modelli dinamici realistici nella simulazione del movimento di strutture articolate può facilitare lo sviluppo di nuove tecniche di controllo per la realizzazione di protesi, o il miglioramento di quelle esistenti. L'adozione dell'approccio proposto potrebbe contribuire significativamente allo sviluppo di strategie di movimento e al controllo delle forze tendinee, muscolari e articolari in soggetti che eseguono determinate operazioni manuali. Inoltre, questo metodo può essere efficacemente impiegato per l'ottimizzazione ergonomica degli strumenti, delle postazioni di lavoro e delle interfacce uomo-macchina.
Numero di registrazione: 80842 / Ultimo aggiornamento: 2005-09-18
Dominio: TI, Telecomunicazioni