Locomozione Locomozione

• Riflessi neo-natali dello steppingRiflessi neo-natali dello stepping• Sistema meccanico bipedeSistema meccanico bipede

– Controllo motorio+meccanicaControllo motorio+meccanica• Il ruolo di g (gravità) Il ruolo di g (gravità) • Il ruolo di COM (centro di massa)Il ruolo di COM (centro di massa)• EP (energia potenziale), EP (energia potenziale), • EC (energia cinetica)EC (energia cinetica)• Rapporti scalatiRapporti scalati

Lo stepping dei bimbiLo stepping dei bimbi

• Riflesso di stepping (Thelen)Riflesso di stepping (Thelen)– Dopo 4 mesi di vita scompare…Dopo 4 mesi di vita scompare…– ……Ma se messi nell’acqua ricompareMa se messi nell’acqua ricompare– ? Perché?? Perché?– Il peso del corpo è la causa della sua Il peso del corpo è la causa della sua

“scomparsa”“scomparsa”

• Importanti conseguenze teoriche sullo Importanti conseguenze teoriche sullo sviluppo motorio infantile e sul controllo sviluppo motorio infantile e sul controllo motoriomotorio– Riflessi formano la base della costruzione Riflessi formano la base della costruzione

dei movimenti dei movimenti

La meccanicaLa meccanica

• La meccanica bipede La meccanica bipede – su di un piano sta in piedisu di un piano sta in piedi– Su un piano inclinato camminaSu un piano inclinato cammina

• Analisi del movimento:Analisi del movimento:

• 1 step: osserviamo il movimento1 step: osserviamo il movimento• 2 step: definiamo le variabili 2 step: definiamo le variabili

importantiimportanti

La camminata di Muybridge

La cinematica della camminata

La testa si alza e si abbassa di circa 40 mm

Camminata descrizioneCamminata descrizione

• Alziamo e abbassiamo la testa di 40 mmAlziamo e abbassiamo la testa di 40 mm• Questo pattern ha una relazione fra Questo pattern ha una relazione fra

altezza e velocità:altezza e velocità:– Quando il piede spinge avanti-basso il corpo Quando il piede spinge avanti-basso il corpo

viene decelerato (circa 1.4m/s)viene decelerato (circa 1.4m/s)– Quando il piede spinge dietro basso viene Quando il piede spinge dietro basso viene

accelerato (circa 1.7m/s)accelerato (circa 1.7m/s)

• Tutte le volte che il corpo sale aumenta Tutte le volte che il corpo sale aumenta Ep Ep

• Tutte le volte che il corpo scende Tutte le volte che il corpo scende aumenta Ecaumenta Ec

La camminata è un La camminata è un pendolo invertitopendolo invertito

• Il pendolo trasforma costantemente Il pendolo trasforma costantemente Ec in EpEc in Ep

• Quando il pendolo è alto:Quando il pendolo è alto:– Grande Ep movimento lentoGrande Ep movimento lento

• Quando il pendolo è basso:Quando il pendolo è basso:– Grande Ec movimento veloceGrande Ec movimento veloce

Definizioni Ec EpDefinizioni Ec Ep

• Energia cinetica:Energia cinetica:– Un corpo in movimento è Un corpo in movimento è

in grado di compiere in grado di compiere lavoro per effetto della lavoro per effetto della velocità possedutavelocità posseduta

– Es: il vento sbattendo Es: il vento sbattendo sulle pale di un mulino sulle pale di un mulino perde la sua velocità e perde la sua velocità e quindi perde energia quindi perde energia cinetica la quale viene cinetica la quale viene convertita per far convertita per far funzionare il mulinofunzionare il mulino

• Energia potenziale:Energia potenziale:– Un corpo che si trova ad Un corpo che si trova ad

una certa altezza è in grado una certa altezza è in grado di compiere lavoro a mezzo di compiere lavoro a mezzo del suo peso durante la del suo peso durante la caduta caduta

– Es: l’acqua di un fiume che Es: l’acqua di un fiume che scende a valle perde la sua scende a valle perde la sua energia potenziale che può energia potenziale che può essere convertita in energia essere convertita in energia elettrica elettrica

Le variabili importantiLe variabili importanti

• (g) la gravità(g) la gravità• (v) la velocità(v) la velocità• (COM) centro di massa del corpo(COM) centro di massa del corpo• (l) lunghezza dell’arto inferiore(l) lunghezza dell’arto inferiore• (EC) energia cinetica(EC) energia cinetica• (EP) energia potenziale(EP) energia potenziale• Il compito motorio Il compito motorio

Correre è + dispendioso!Correre è + dispendioso!

• Perché decidiamo di correre anziché Perché decidiamo di correre anziché decidere di camminare più decidere di camminare più velocemente?velocemente?

• I vincoli meccanici non ce lo I vincoli meccanici non ce lo permettono!permettono!– Se camminando aumentiamo la Se camminando aumentiamo la

velocità a 2.5 m svelocità a 2.5 m s-1-1 dobbiamo correre dobbiamo correre

Le variabili importantiLe variabili importanti

• (g) la gravità(g) la gravità• (v) la velocità(v) la velocità• (COM) centro di massa del corpo(COM) centro di massa del corpo• (l) lunghezza dell’arto inferiore(l) lunghezza dell’arto inferiore• (EC) energia cinetica(EC) energia cinetica• (EP) energia potenziale(EP) energia potenziale• Il compito motorio Il compito motorio

L’analisi dimensionaleL’analisi dimensionale

• Importanti variabili:Importanti variabili:• Velocità, accelerazione della Velocità, accelerazione della

gravità, altezzagravità, altezza

22

222

2

2 1

TL

TL

L

T

LT

L

gl

v2

Il cambio fra camminata e Il cambio fra camminata e corsacorsa

• Ad una certa velocità che è scalata sui Ad una certa velocità che è scalata sui parametri corporei passiamo dalla parametri corporei passiamo dalla camminata alla corsa.camminata alla corsa.– I bambini cambiano pattern a velocità I bambini cambiano pattern a velocità

inferioriinferiori– Così le persone piccoleCosì le persone piccole– Che cosa fanno i maratoneti?Che cosa fanno i maratoneti?– Quali sono i vincoli principalmente coinvolti?Quali sono i vincoli principalmente coinvolti?

Camminata e vincoli Camminata e vincoli energeticienergetici

• Il cambio fra un pattern di Il cambio fra un pattern di movimento ed un altro è definito movimento ed un altro è definito da vincoli anche energeticida vincoli anche energetici

• L’energia minima consumata è L’energia minima consumata è relativa alla velocità ed al pattern relativa alla velocità ed al pattern sceltoscelto

• Hoyt & Taylor (Nature, 1981)Hoyt & Taylor (Nature, 1981)

Implicazioni teoricheImplicazioni teoriche

• Abbiamo trovato un altro Abbiamo trovato un altro parametro scalato sul movimento parametro scalato sul movimento

• Questo parametro è definito quasi Questo parametro è definito quasi unicamente da vincoli meccanici ed unicamente da vincoli meccanici ed energeticienergetici

• Non risultano quindi preponderanti Non risultano quindi preponderanti i vincoli percettivi ed ambientalii vincoli percettivi ed ambientali

Salire le scale: rapporto Salire le scale: rapporto scalare con le dimensioni scalare con le dimensioni corporee e le capacità corporee e le capacità motoriemotorie

•Warren (1987): Lscalino/LgambaWarren (1987): Lscalino/Lgamba•Kontzac et al. (1992): anziani non Kontzac et al. (1992): anziani non seguono lo stesso rapporto scalareseguono lo stesso rapporto scalare•Bambini?Bambini?

Domanda della ricercaDomanda della ricerca

• Esiste una relazione stabile Esiste una relazione stabile nello scegliere e nel salire il nello scegliere e nel salire il gradino più alto che tenga gradino più alto che tenga conto dei parametri corporei e conto dei parametri corporei e delle capacità motorie?delle capacità motorie?

Possibili variabili da Possibili variabili da considerare:considerare:

• Altezza gambaAltezza gamba• Altezza scalinoAltezza scalino• Distanza dallo Distanza dallo

scalinoscalino• Ipotenusa lIpotenusa l

• Angolo Angolo

L’angolo L’angolo è unaè una costante costante percettivo-motoriapercettivo-motoria

• Il rapporto fra Il rapporto fra l’altezza salita e l’altezza salita e l’ipotenusa è l’ipotenusa è fortemente fortemente lineare (Rlineare (R22=0.97) =0.97) quindi il valore quindi il valore della linea è da della linea è da considerare considerare costante quindi costante quindi costante è costante è l’angolo l’angolo

R2=0.97

Hypothenuse (cm)

40 50 60 70 80 90 100

Hpe

rform

ed (c

m)

40

50

60

70

80

90

100

Young AdultsChildrenOld Adults

Come calcolare l’angolo Come calcolare l’angolo

R2=0.97

Hypothenuse (cm)

40 50 60 70 80 90 100

Hpe

rform

ed (c

m)

40

50

60

70

80

90

100

Young AdultsChildrenOld Adults

L’inclinazione Della retta:Altezza/Ipotenusa

sensen=A/I=A/I

Old Adults

Hypotenuse (cm)

30 40 50 60 70 80 90

Hp

erf

orm

ed

(cm

)

30

40

50

60

70

80

The heighestslope=0.90-5cmslope=0.93-10cmslope=0.92

Adulti anziani restano fortemente vincolati anche quando gli scalini sono più bassi del loro massimo

Children

Hypothenuse (cm)

30 40 50 60 70 80 90

Hp

erf

orm

ed

(cm

)

30

40

50

60

70

80

Heighest stairsslope=0.93-5 cmslope=0.94-10 cmslope=0.83

Young Adults

Hypothnuse (cm)

65 70 75 80 85 90 95 100

Hp

erf

orm

ed

(cm

)

60

65

70

75

80

85

90

95

Heighest Stairsslope=0.84-5 cmslope=0.9-10 cmslope=0.73

Giovani adulti e bambini sono meno vincolati e quindi scelgono angoli diversi con scalini più bassi del loro massimo

Gli adulti anziani Gli adulti anziani presentano una minor presentano una minor flessibilità sia attiva che flessibilità sia attiva che passivapassiva

Difference between passive flexibility and movement

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

Hip

an

gle

(°)

*

0

20

40

60

80

100

120

Movement Passive Flexibility Active Flexibility

Hip

an

gle

(°)

young adults

old adults

Parametri scalati e nonParametri scalati e non

Table 1Group Leg Length Achieved Perceived Achieved/LL Perceived/LL

(cm) (cm) (cm)Young Adults

M 78.5 79.2 72.7 1 0.93SD 2.4 4.4 4.8 0.05 0.06

Older Adults

M 77.7 57.7 52.3 0.74 0.67SD 5.9 6.9 6.3 0.07 0.06

Children

M 59 52.6 50.7 0.89 0.87SD 7.7 6.9 8.8 0.07 0.15