Il progetto MOVECARE
Digital Twin e tecnologie wearable per l’analisi della performance motoria
Ha preso avvio MoveCare – Digital twin whole body per analisi performance motoria, un nuovo progetto di ricerca e sviluppo che vede Gter nel ruolo di capofila, insieme a Università degli Studi di Genova, Comftech e DotNext.
Il progetto si inserisce nell’ambito del Programma Regionale FESR 2021–2027, Azione 1.1.1 dedicata ai progetti di Ricerca e Sviluppo nell’area Salute e Scienze della Vita, e nasce con l’obiettivo di sviluppare una nuova soluzione tecnologica per il monitoraggio accurato e in tempo reale del movimento umano, portando fuori dal laboratorio strumenti di analisi biomeccanica oggi disponibili prevalentemente in ambienti controllati.
MoveCare combina tecnologie di posizionamento satellitare GNSS, sensori inerziali IMU, smartwatch, sensori fisiologici, smartphone e modelli biomeccanici personalizzati, con l’obiettivo di realizzare un vero e proprio Digital Twin cinematico dell’utilizzatore, aggiornato continuamente durante il movimento.
Dal laboratorio alle attività quotidiane
I sistemi professionali di motion capture permettono oggi di ricostruire con grande dettaglio il movimento del corpo umano, ma richiedono generalmente infrastrutture dedicate e ambienti di laboratorio.
MoveCare vuole superare questo limite sviluppando una soluzione indossabile e utilizzabile anche all’aperto e per periodi prolungati, in grado di ricostruire la cinematica dell’intero corpo e di ricavare indicatori utili per valutare funzionalità e performance motoria.
L’obiettivo è rendere disponibili informazioni dettagliate non solo sulla posizione dell’utilizzatore, ma anche sulla sua postura, sugli angoli articolari e sulle caratteristiche del movimento, integrandole con parametri fisiologici rilevati durante l’attività.
Questo approccio apre interessanti possibilità in due principali ambiti applicativi: telemedicina e riabilitazione, da una parte, e sport e analisi della performance, dall’altra.
GNSS, IMU e wearable: una piattaforma integrata
Uno degli elementi innovativi di MoveCare è l’utilizzo delle nuove generazioni di smartwatch dotati di funzionalità GNSS avanzate, combinati con una rete di sensori inerziali applicati ai diversi segmenti corporei.
Le misure GNSS permettono di ottenere informazioni sulla posizione e sugli spostamenti dell’utilizzatore, mentre accelerometri e giroscopi delle IMU consentono di osservare accelerazioni e rotazioni dei diversi segmenti corporei.
La sensor fusion tra GNSS e IMU punta a sfruttare la complementarità delle due tecnologie: il GNSS fornisce un riferimento assoluto per il movimento, mentre le misure inerziali permettono di seguire con elevata frequenza la dinamica e l’orientamento del corpo.
A queste informazioni vengono aggiunti i dati provenienti da sensori wearable per il monitoraggio di parametri fisiologici, come attività cardiaca e respirazione.
Lo smartphone dell’utilizzatore fungerà da elemento di collegamento tra i diversi dispositivi e la piattaforma cloud MoveCare, dove i dati verranno elaborati per ricostruire il movimento e calcolare gli indicatori di interesse.
Un Digital Twin biomeccanico dell’utilizzatore
La posizione nello spazio rappresenta però soltanto una parte del problema.
Per ricostruire in modo completo il movimento umano, MoveCare integrerà i dati dei sensori con modelli muscoloscheletrici personalizzati, utilizzati come rappresentazione biomeccanica digitale del corpo dell’utilizzatore.
La combinazione tra posizione GNSS, orientamento dei diversi segmenti corporei e vincoli biomeccanici consentirà di stimare in tempo reale la posa dell’intero corpo e, a partire da questa, ottenere parametri cinematici come velocità, cadenza, lunghezza del passo, durata delle diverse fasi del passo, angoli articolari e range di movimento.
L’analisi potrà inoltre essere estesa a indicatori legati alla dinamica del movimento, come energia, lavoro meccanico e potenza, creando una rappresentazione molto più completa della performance rispetto a quella fornita dagli attuali activity tracker.
Dalla riabilitazione allo sport
In ambito clinico, MoveCare potrà fornire nuovi strumenti per il telemonitoraggio e la teleriabilitazione, permettendo a fisioterapisti e operatori sanitari di analizzare a distanza le attività motorie svolte dal paziente anche durante la vita quotidiana o durante esercizi effettuati all’aperto.
La possibilità di raccogliere dati oggettivi per periodi prolungati consentirà inoltre di osservare l’evoluzione delle capacità motorie nel tempo e di valutare in maniera quantitativa i progressi durante un percorso riabilitativo.
In ambito sportivo, la stessa tecnologia potrà essere utilizzata per analizzare con maggiore dettaglio il gesto atletico e fornire ad atleti e preparatori indicatori utili per valutare e ottimizzare la performance.
I primi casi d’uso previsti dal progetto riguarderanno in particolare due attività fondamentali: il cammino, per l’ambito clinico, e la corsa, per quello sportivo.
Il contributo di Gter
MoveCare prosegue un percorso di ricerca che Gter porta avanti da diversi anni nell’ambito del posizionamento GNSS applicato al movimento umano e dell’integrazione tra sensori satellitari e inerziali.
Le esperienze maturate nei precedenti progetti europei REMOT e GESTUS hanno infatti permesso di studiare e validare l’utilizzo del GNSS di precisione per migliorare il tracking cinematico del corpo umano durante le attività outdoor.
All’interno di MoveCare, Gter coordinerà il progetto e sarà responsabile in particolare delle attività relative al posizionamento GNSS, alla sensor fusion GNSS+IMU e allo sviluppo degli algoritmi di elaborazione e ricostruzione cinematica, collaborando con gli altri partner alla realizzazione della piattaforma integrata e alla sua validazione.
Le competenze saranno complementari: Università degli Studi di Genova contribuirà principalmente negli ambiti della biomeccanica, dei modelli muscoloscheletrici, della motion capture e delle tecnologie IoT; Comftech metterà a disposizione la propria esperienza nei sensori tessili e nei dispositivi wearable per il monitoraggio fisiologico; Dot Next curerà lo sviluppo delle componenti software, mobile e web e delle interfacce con gli utenti.
Validare la tecnologia sul campo
Una parte fondamentale del progetto sarà dedicata alla sperimentazione.
La soluzione MoveCare verrà valutata sia dal punto di vista dell’accuratezza della ricostruzione del movimento, sia per quanto riguarda robustezza, usabilità e comfort del sistema.
I risultati saranno confrontati con sistemi professionali di riferimento per la motion capture e l’analisi del movimento, prima in condizioni controllate e successivamente in scenari operativi più vicini alle applicazioni reali.
L’obiettivo finale è trasferire la qualità dell’analisi biomeccanica dal laboratorio al mondo reale, mettendo a disposizione di medici, fisioterapisti, allenatori e utenti una piattaforma capace di osservare il movimento in maniera accurata, continua e quantitativa.
Con MoveCare, tecnologie satellitari, sensoristica wearable e modelli biomeccanici convergono quindi verso una nuova generazione di strumenti per comprendere meglio il movimento umano e supportare applicazioni innovative nel campo della salute, della riabilitazione e dello sport.