BIOMEDICAL ROBOTICS

BIOMEDICAL ROBOTICS

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iten
Codice
86744
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
CFU
6 cfu al 1° anno di 11159 BIOENGINEERING (LM-21) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
ING-INF/06
SEDE
GENOVA (BIOENGINEERING)
periodo
1° Semestre

PRESENTAZIONE

Lo scopo di questo insegnamento è fornire una prospettiva sulle tecnologie robotiche applicate (e ispirate) ai temi  della ricerca e della pratica biomedica. La robotica è una tecnologia multidisciplinare, con elementi di informatica, ingegneria elettrica e meccanica e con un crescente spettro di applicazioni biomediche. Queste includono (ma non sono limitate a) la ricerca biomedica di base, le tecniche chirurgiche e diagnostiche avanzate, i robot per la riabilitazione e l'assistenza, la robotica bimimetica e le interfacce uomo-macchina.  Agli studenti è richiesto, oltre ad apprendere i contenuti dell'nsegnamento, di impegnarsi in attività, tra cui lo sviluppo di software e  discussione  scientifica in classe, sia individualmente sia in gruppo.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

The purpose of this course is to provide a perspective on robotics technologies applied to (and inspired by) themes of biomedical research and practice. Robotics is a multidisciplinary technology, with elements from computer, electrical and mechanical engineering and with an increasing spectrum of biomedical applications. The first part of the course is intended to provide a background of formal instruments for understanding control of biomedical robotic devices. The second part is devoted to in-depth analysis of specific applications. These include basic research in sensory-motor systems, advanced surgical and diagnostic techniques, human-machine interfaces, robots for assistance and rehabilitation, biomimetic robotics

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Lo scopo di questo insegnamento è di fornire una prospettiva sulla  robotica applicata a (e ispirata da)  temi della ricerca e della pratica biomedica. La robotica è una tecnologia multidisciplinare, con elementi di informatica, ingegneria elettrica e meccanica e con un crescente spettro di applicazioni biomediche. Queste includono (ma non sono limiate a) la ricerca di base sul  sistema sensori-motorio, le tecniche chirurgiche e diagnostiche avanzate, le interfacce uomo-macchina, robot per la riabilitazione e l'assistenza. Questo insegnamento mira a raggiungere un adeguato equilibrio tra nozioni di base e applicazioni. Agli studenti è richiesto di impegnarsi in una serie di attività, tra cui lo sviluppo di software e  discussione  scientifica in classe, sia individualmente sia come gruppo.

Dopo aver completato questo insegnamento gli studenti saranno in grado di:

  • Identificare e descrivere diversi tipi di robot  e le loro potenziali applicazioni in ambito medico
  • Conoscere i concetti di base di cinematica, dinamica e controllo relativi alla robotica ed in particolare ai robot con applicazioni cliniche
  • Conoscere i concetti di base dell'archittetura hardware di un robot
  • Sviluppare interfacce uomo-macchina
  • Sviluppare le capacità analitiche e sperimentali necessarie per progettare e implementare l'assistenza robotica (o campi di forza) per diverse applicazioni biomediche
  • Conoscere lo stato dell'arte della robotica medica applicata e della ricerca sulla robotica medica
  • Comprendere i vari ruoli che la robotica può svolgere nell'assistenza sanitaria

PREREQUISITI

Matematica, fisica, controlli automatici

Modalità didattiche

Il corso mira a raggiungere un adeguato equilibrio tra nozioni di base e applicazioni.

Gli studenti, oltre a essere coinvolti nelle lezioni frontali e nelle discussioni con esperti invitati per specifici argomenti del corso, prendono parte a una serie di attività, tra cui lo sviluppo di software per imparare a controllare un robot, preparare e tenere lezioni (flipped classroom o presentazioni di articoli), sia individualmente sia in gruppo.

L'assigment finale  consiste nel controllo di un robot aptico in laboratorio

PROGRAMMA/CONTENUTO

Lo scopo di questo insegnamento è quello di fornire una prospettiva sulle tecnologie robotiche applicate ai temi (e ispirati) della ricerca e della pratica biomedica. La prima parte del corso intende fornire gli strumenti formali per comprendere la cinematica, la dinamica, il controllo dei dispositivi robotici biomedici e  loro componenti hardware e software. La seconda parte è dedicata all'analisi approfondita di applicazioni specifiche nel campo della robotica biomedica. Le due parti in cui e' diviso il corso saranno articolate come descritto di seguito.

Parte 1. Fondamenti di robotica

  • Introduzione, moti rigidi, trasformate omogenee
  • cinematica diretta e gradi di libertà 
  • cinematica inversa
  • Jacobiano e singolarità
  • Dinamica e dinamica inversa
  • Controllo in forza e posizione

Parte 2 - Applicazioni (esempi)

  • Richiami di controllo dei movimenti biologici e Interfacce uomo-macchina (incluso feedback sensoriale)
  • Robotica chirurgica, teleoperazione, manipolazione cooperativa, robot per endoscopia
  • Robotica per la ricerca biomedica 
  • Robotica per neuroriabilitazione 
  • Robotica assistiva
  • Robotica biomimetica
  • Soft robotics: applicazioni biomediche 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Siciliano,Khatib, Springer Handbook of Robotics, Springer or Spong, M. W., Hutchison, S., and M. Vidyasagar. (2005) Robot Modeling and Control, Wiley & Sons. In addition, the class will review several specialized articles, readings will be distributed via the course website

DOCENTI E COMMISSIONI

Ricevimento: su richiesta, contatto e-mail: maura.casadio@unige.it or telefono: 3474419095. Ufficio: via All’Opera Pia 13, padiglione  E, secondo piano. Telefono ufficio: 010-3552749

LEZIONI

Modalità didattiche

Il corso mira a raggiungere un adeguato equilibrio tra nozioni di base e applicazioni.

Gli studenti, oltre a essere coinvolti nelle lezioni frontali e nelle discussioni con esperti invitati per specifici argomenti del corso, prendono parte a una serie di attività, tra cui lo sviluppo di software per imparare a controllare un robot, preparare e tenere lezioni (flipped classroom o presentazioni di articoli), sia individualmente sia in gruppo.

L'assigment finale  consiste nel controllo di un robot aptico in laboratorio

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

Modalità d'esame


Gli studenti saranno valutati in base a

a) Elaborati  in cui gli studenti scrivono e commentano simulazioni al computer o progetti hardware relativi agli  argomenti di robotica presentati nella prima parte del corso

b) Loro attivi partecipazione alla seconda parte del corso, dove gli studenti sono invitati a presentare articoli di ricerca su specifiche applicazioni robotiche e / o discutere con relatori invitati (esperti del settore).  

c) Esame finale 

a e b sono essere valutazioni in itinere, mentre c e' a fine corso. Per studenti non frequentati precedono l'esame finale (b puo' essere parte dell'esame stesso).

Modalità di accertamento

In riferimento alle modalità di esame 

a) Gli assigment (elaborati) mirano a valutare la capacità di comprendere, spiegare  e risolvere problemi relativi agli argomenti della prima parte del corso su concetti base di robotica.

b) La parte di partecipazione attiva mira a valutare l’apprendimento e la capacità di approfondire e spiegare di argomenti della seconda parte relative alle applicazioni robotiche nel campo biomedicale. 

c) L’esame finale mira a valutare che i contenuti del corso siano stati assimilati, che lo studente sappia usarli con senso critico e spiegarli in modo appropriato.

 Oltre alla conoscenza degli argomenti proposti, sarà valutata la qualità  dell’esposizione, l’utilizzo corretto del lessico specialistico, la capacità  di ragionamento critico e di applicare in esercizi specifici le conoscenze acquisite.