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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
2024/2025



OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2022
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
1ROBOTICS FOR E-HEALTH
324LEZIONE
18ESERCITAZIONE
2ROBOTICS FOR E-HEALTH
18LEZIONE
18LABORATORIO
ANTONIO GRECO2 T Curriculum
ENRICO FERRENTINO1 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. CARATTERISTICHE DEGLI 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
IL CORSO SI ARTICOLA IN LEZIONI FRONTALI (38 ORE), ESERCITAZIONI IN CLASSE (5 ORE) ED ATTIVITÀ LABORATORIALI SU ROBOT SIMULATI E FISICI (5 ORE). LE LEZIONI FRONTALI CONSENTIRANNO ALLO STUDENTE DI ACQUISIRE LE CONOSCENZE RELATIVE AI ROBOT UTILIZZATI IN AMBITO MEDICO, ALLE LORO APPLICAZIONI, ALLE PROBLEMATICHE DI SICUREZZA, AGLI AMBIENTI ED AI FRAMEWORK SOFTWARE PER LA RACCOLTA DEI DATI E PER LA PROGRAMMAZIONE DI ROBOT. LE ESERCITAZIONI E LE ATTIVITÀ LABORATORIALI CONSENTIRANNO ALLO STUDENTE DI SVILUPPARE LE CAPACITÀ DI APPLICARE QUANTO APPRESO NELLE LEZIONI FRONTALI NELLA PROGRAMMAZIONE DI SISTEMI ROBOTICI IN AMBITO MEDICO E NELLA REALIZZAZIONE DI APPLICAZIONI IN GRADO DI RACCOGLIERE DATI DA TALI SISTEMI E DI ANALIZZARLI A FINI DIAGNOSTICI E DI SICUREZZA. L'INSEGNAMENTO PREVEDE ANCHE LO SVILUPPO DI UN PROGETTO DI GRUPPO FINALIZZATO ALL'ACQUISIZIONE DELLE CAPACITÀ DI PROGRAMMARE UN ROBOT SOCIALE ASSISTIVO, AVVALENDOSI DI ALGORITMI DI MACHINE LEARNING.
LA PARTECIPAZIONE È OBBLIGATORIA E L'ACCESSO ALL'ESAME RICHIEDE LA FREQUENZA DI ALMENO IL 70% DELLE ORE DI ATTIVITÀ DIDATTICA ASSISTITA. LA FREQUENZA SARÀ ACCERTATA MEDIANTE IL SISTEMA DI RILEVAZIONE PRESENZE.
Verifica dell'apprendimento
GLI STUDENTI SONO VALUTATI MEDIANTE LO SVILUPPO DI UN PROGETTO, SEGUITO DA UN COLLOQUIO ORALE. IL PROGETTO HA LO SCOPO DI PROGRAMMARE UN ROBOT SOCIALE ASSISTIVO PER IL TRATTAMENTO DELL'AUTISMO, SFRUTTANDO IL FRAMEWORK ROS ED ALGORITMI DI MACHINE LEARNING PER L'ANALISI AUDIO E VIDEO. PUR ESSENDO TRASVERSALE ALLE DIVERSE UNITÀ DIDATTICHE, L'ANALISI DELL'ELABORATO PRODOTTO CONSENTE DI VERIFICARE LE CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE, COME INDICATE NEGLI OBIETTIVI FORMATIVI DEL CORSO, IN PARTICOLARE PER CIÒ CHE CONCERNE L'UNITÀ DIDATTICA 6. LA PROVA ORALE, DELLA DURATA DI CIRCA 15-20 MINUTI PER OGNI STUDENTE, PREVEDE LA DISCUSSIONE DELL'ELABORATO AL FINE DI VERIFICARE IL CONTRIBUTO INDIVIDUALE DI OGNI STUDENTE AL PROGETTO, COSÌ COME L'ACQUISIZIONE DELLE CONOSCENZE TEORICHE, CON PARTICOLARE RIFERIMENTO ALLE UNITÀ DIDATTICHE 1-5. I QUESITI DELLA PROVA ORALE POSSONO INCLUDERE LA RISOLUZIONE PROGETTUALE DI CASI D'USO SEMPLIFICATI, COSICCHÉ LO STUDENTE POSSA DIMOSTRARE L'ACQUISIZIONE DELLE METODOLOGIE PRESENTATE DURANTE IL CORSO E LE CAPACITÀ CRITICHE NECESSARIE PER LA PROGRAMMAZIONE DI UN ROBOT IN AMBITO MEDICO. IL PUNTEGGIO DELLA PROVA ORALE DIPENDE DALLA CAPACITÀ DI DIFENDERE LE SCELTE DELL'ELABORATO PROGETTUALE, DI PRESENTARE EFFICACEMENTE I CONTENUTI E DI DISCUTERE CRITICAMENTE GLI ARGOMENTI ILLUSTRATI.
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.
Orari Lezioni

  BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2024-11-18]