MODELLAZIONE DEL CONTATTO PIEDE-SUOLO SU SUPERFICI DEFORMABILI CON APPLICAZIONI NELLA RIABILITAZIONE POSTURALE

This thesis focuses on the modeling of foot-ground contact in conditions of deformable surfaces, with particular application in the context of postural rehabilitation. The foot-ground interaction represents a crucial element for the control of posture and balance, since the forces exchanged at the interface directly influence the stability of the body. Starting from an analysis of the state of the art on biomechanical and viscoelastic models, a modeling framework has been developed that integrates a cinematic and dynamic approach to describe unilateral and intermittent foot-ground interaction. The proposed model was implemented and validated in different contact scenarios, including rigid and compliant surfaces, simulating typical biomechanical interactions such as "Foot on Rigid" and "Foot on Soft". Through simulations and experimental analyses, the framework has been shown to satisfactorily represent contact dynamics, providing promising results for application in clinical settings. In particular, the model can be used to improve the understanding of foot-ground biomechanical interactions and therefore the related postural performance metrics in the presence of unstable surfaces. This study can therefore open new perspectives for the development of advanced technologies for the design of personalized rehabilitation programs for the rehabilitation and prevention of falls.

La presente tesi si concentra sulla modellazione del contatto piede-suolo in condizioni di superfici deformabili, con particolare applicazione nel contesto della riabilitazione posturale. L'interazione piede-suolo rappresenta un elemento cruciale per il controllo della postura e dell'equilibrio, poiché le forze scambiate all'interfaccia influenzano direttamente la stabilità del corpo. A partire da un'analisi dello stato dell'arte sui modelli biomeccanici e viscoelastici, è stato sviluppato un framework di modellazione che integra un approccio cinematico e dinamico per descrivere l'interazione piede-suolo di tipo unilaterale e intermittente. Il modello proposto è stato implementato e validato in diversi scenari di contatto, includendo superfici rigide e cedevoli, simulando tipiche interazioni biomeccaniche come "Foot on Rigid" e "Foot on Soft". Attraverso simulazioni e analisi sperimentali, il framework si è dimostrato rappresentare in modo soddisfacente le dinamiche di contatto, fornendo risultati promettenti per l'applicazione in ambito clinico. In particolare, il modello può essere utilizzato per migliorare la comprensione delle interazioni biomeccaniche piede-suolo e quindi le relative metriche di performance posturali in presenza di superfici instabili. Questo studio può quindi aprire nuove prospettive per lo sviluppo di tecnologie avanzate per la progettazione di programmi riabilitativi personalizzati per la riabilitazione e la prevenzione di cadute.