2. Docenti
  3. FERRENTINO ENRICO
  4. Didattica

ROBOTICS FOR E-HEALTH

ENRICO FERRENTINO ROBOTICS FOR E-HEALTH

0623200006
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL'INFORMAZIONE ED ELETTRICA E MATEMATICA APPLICATA
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INFORMATION ENGINEERING FOR DIGITAL MEDICINE
2022/2023



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2022
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
1ROBOTICS FOR E-HEALTH- MOD 1
216LEZIONE
216ESERCITAZIONE
2ROBOTICS FOR E-HEALTH- MOD 2
216LABORATORIO
ENRICO FERRENTINO1 T Curriculum
ANTONIO GRECO2 Curriculum
Obiettivi
L'insegnamento fornisce gli strumenti di base per comprendere le caratteristiche strutturali e operative dei robot utilizzati in ambito medico e la relativa programmazione.

Conoscenze e capacità di comprensione
Caratteristiche dei robot utilizzati in ambito medico e applicazioni della robotica, includendo la chirurgia robotica e l'uso di robot per tecnologie assistive e sociali. Problematiche di sicurezza di sistemi robotici in ambito medico. Ambienti e framework software per la raccolta dei dati forniti dal robot e per la programmazione di robot.

Conoscenza e capacità di comprensione applicate
Programmare sistemi robotici in ambito medico per l'assistenza fisica e sociale e realizzare applicazioni in grado di leggere i dati forniti dal robot ed analizzarli per fini diagnostici e di sicurezza.
Prerequisiti
NON CI SONO INSEGNAMENTI PROPEDEUTICI.

PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE CONOSCENZE DI BASE DI INFORMATICA E DI AUTOMATICA.
Contenuti
Unità didattica 1: FONDAMENTI DI ROBOTICA
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 7/0/0)
- 1 (2 ORE Lezione): Introduzione alla robotica. Applicazioni e caratteristiche dei robot medicali: sicurezza, sterilità e vincoli del teatro chirurgico.
- 2 (3 ORE Lezione): Fondamenti di cinematica e dinamica di robot: definizioni, strutture seriali e parallele tipiche; cinematica diretta, inversa e differenziale; singolarità; ridondanza cinematica; modello dinamico.
- 3 (2 ORE Lezione): Fondamenti di controllo di robot: controllo nello spazio operativo e nello spazio giunti; tecniche di controllo tipiche.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscenza delle peculiarità dei robot adoperati in ambito medico. Comprensione dei concetti base della robotica in relazione alle caratteristiche cinematiche, dinamiche e di controllo.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Comprendere ed analizzare la documentazione tecnica di robot medici commerciali, in relazione alle loro caratteristiche funzionali.

Unità didattica 2: ROBOT INDOSSABILI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 10/0/0)
- 1 (1 ORA Lezione): Introduzione ai robot indossabili: definizioni, classificazione, interazione fisica e cognitiva, design ispirati alla biologia.
- 2 (4 ORE Lezione): Protesi robotiche: classificazione; tecnologie per attuazione e percezione; tecniche di controllo e di interfacciamento con l'essere umano (EMG, ENG, EEC).
- 3 (1 ORA Lezione): Introduzione agli esoscheletri: classificazione; compatibilità cinematica.
- 4 (2 ORE Lezione): Esoscheletri per gli arti superiori: patologie tipiche e trattamenti; fondamenti di controllo dell'interazione; tecniche di controllo per esoscheletri riabilitativi.
- 5 (2 ORE Lezione): Esoscheletri per gli arti inferiori: cinematica degli arti inferiori; patologie tipiche e trattamenti; tecniche di controllo multi-livello per il supporto della camminata.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscenza delle principali tecniche di stima dell'intenzione e dell'azione dell'uomo e di interfacciamento e controllo per robot indossabili. Conoscenza della tipologia e capacità di comprensione dei dati generati e richiesti da robot indossabili.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Selezionare robot indossabili sulla base delle indicazioni terapeutiche e dei vincoli di utilizzo.

Unità didattica 3: ROBOT CHIRURGICI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 9/0/0)
- 1 (2 ORE Lezione): Classificazione di robot chirurgici: robot passivi, attivi, interattivi e tele-operati. Esempi di patologie tipiche e trattamenti chirurgici.
- 2 (2 ORE Lezione): Caratteristiche cinematiche di robot chirurgici: robot seriali; robot paralleli; strutture cinematiche per l'implementazione del centro remoto del moto (RCM); formula di Grubler.
- 3 (3 ORE Lezione): Robot daVinci: console master, console slave, caratteristiche di sicurezza, interfacciamento con sistema ospedaliero.
- 4 (2 ORE Lezione): Controllo dei robot chirurgici: controllo interattivo; controllo tele-operato, vincoli virtuali (guidance and forbidden region virtual fixtures).
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscenza delle principali tecniche di interfacciamento e controllo per robot chirurgici. Conoscenza delle caratteristiche tecniche del robot daVinci. Conoscenza della tipologia e capacità di comprensione dei dati generati e richiesti da robot chirurgici.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Selezionare robot chirurgici sulla base delle indicazioni terapeutiche e dei vincoli di utilizzo. Comprendere ed analizzare la documentazione del robot daVinci, in relazione alle sue caratteristiche tecniche e funzionali.

Unità didattica 4: MICROROBOT E NANOROBOT
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 3/0/0)
- 1 (2 ORE Lezione): Micorobot medicali: patologie tipiche e trattamenti; alimentazione, locomozione e localizzazione di microrobot medicali.
- 2 (1 ORA Lezione): Nanorobot medicali: patologie e trattatementi; limiti e potenzialità di nanorobot medicali
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscenza delle principali tecniche di controllo di microrobot e nanorobot in ambito medico. Conoscenza della tipologia e capacità di comprensione dei dati generati da microrobot medicali.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Selezionare microrobot medicali sulla base delle indicazioni terapeutiche e dei vincoli di utilizzo.

Unità didattica 5: ASPETTI NORMATIVI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 3/0/0)
- 1 (3 ORE Lezione): Analisi della normativa EU MDR 2017/745. Inter-relazione con standard ISO 13485. Processo di certificazione CE e sorveglianza post-commercializzazione.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscenza del quadro normativo in materia di robot medicali e comprensione dei principali concetti di controllo di qualità. Conoscenza del processo di certificazione CE per robot medicali.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Comprendere ed analizzare i requisiti non funzionali per robot medicali e sovrintendere ai processi di controllo qualità.

Unità didattica 6: ROBOT SOCIALI ASSISTIVI
(ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 6/5/5)
- 1 (2 ORE Lezione): Introduzione alla robotica sociale assistiva: definizioni, care robots, hospital robots, robot per l'autismo, compiti di un robot assistivo.
- 2 (2 ORE Lezione + 1 ORA Esercitazione): Introduzione alla programmazione di un robot sociale assistivo (NAO): Robot Operating System (ROS) e NAOQi.
- 3 (1 ORA Lezione + 2 ORE Esercitazione): Analisi della voce e riconoscimento di suoni: cenni di teoria ed esercitazione con il robot.
- 4 (1 ORA Lezione + 2 ORE Esercitazione): Riconoscimento di oggetti e analisi dello sguardo: cenni di teoria ed esercitazione con il robot.
- 5 (2 ORE Laboratorio): Assegnazione e discussione del progetto finale: un robot sociale per il trattamento dell'autismo.
- 6 (3 ORE Laboratorio): Realizzazione del progetto finale con supporto del docente.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: Conoscenza del concetto di robotica sociale assistiva, dei principi per la programmazione robotica con ROS e NAOQi e dei fondamenti sull'analisi audio e video per la realizzazione di un robot sociale assistivo
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE: Capacità di programmare un robot sociale assistivo per il trattamento dell'autismo, avvalendosi di algoritmi di machine learning per l'analisi audio e video

TOTALE ORE LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO 38/5/5
Metodi Didattici
Lezioni ed esercitazioni in aula - Attività laboratoriali su robot simulati e fisici.
Verifica dell'apprendimento
Gli studenti saranno valutati mediante una prova scritta e/o lo sviluppo di un progetto, seguiti da un colloquio orale.
Testi
B. SICILIANO, L. SCIAVICCO, L. VILLANI, G. ORIOLO, "ROBOTICS - MODELLING, PLANNING AND CONTROL", SPRINGER, LONDON, 2009, ISBN 978-1-84628-642-1 (anche in italiano: B. SICILIANO, L. SCIAVICCO, L. VILLANI, G. ORIOLO, “ROBOTICA - MODELLISTICA, PIANIFICAZIONE E CONTROLLO”, TERZA EDIZIONE, MCGRAW-HILL, MILANO, 2008, ISBN: 978-8-83866-322-2 )

J. TROCCAZ, "MEDICAL ROBOTICS", JOHN WILEY & SONS, 2013, ISBN: 9781848213340.


Materiale didattico integrativo sarà disponibile nella sezione dedicata dell'insegnamento all'interno della piattaforma e-learning di ateneo (http://elearning.unisa.it) accessibile agli studenti del corso tramite le credenziali uniche di ateneo.
Altre Informazioni
L'INSEGNAMENTO È EROGATO IN INGLESE.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-08-21]