Sensori indossabili per il monitoraggio fisiologico e biomeccanico in ambito sportivo: principi di funzionamento e possibili applicazioni nel nuoto, ciclismo e corsa

In recent years, the development and miniaturization of electronic technologies have led to the widespread adoption of wearable devices in both sports and clinical settings. These systems allow for the continuous and non-invasive monitoring of physiological and biomechanical parameters, providing new tools for evaluating athletes' performance and health status. This paper aims to analyze three specific categories of wearable sensors from both a technological and an applied perspective, evaluating their operating principles and their use across three different sporting disciplines. Initially, an overview of wearable systems and their role in biomedical signal acquisition is provided. Subsequently, the study is structured around the analysis of three technologies: chest strap heart rate monitors, based on electrical/ECG sensors for monitoring heart rate during running; wrist-worn devices equipped with Inertial Measurement Units (IMUs, including accelerometers and gyroscopes) for kinematic analysis and lap counting in swimming; and finally, Continuous Glucose Monitoring (CGM) sensors used for metabolic management in cycling. For each device, in addition to describing the hardware architecture and the physical principle of transduction, a literature study is presented and discussed to validate its field efficacy and accuracy. The analysis highlights how the integration of these wearable sensors represents a fundamental support not only for training optimization but also for prevention and clinical-physiological monitoring within Biomedical Engineering.

Negli ultimi anni, lo sviluppo e la miniaturizzazione delle tecnologie elettroniche hanno portato a una diffusione capillare dei dispositivi indossabili (wearable) in ambito sportivo e clinico. Questi sistemi permettono un monitoraggio continuo e non invasivo di parametri fisiologici e biomeccanici, offrendo nuovi strumenti per la valutazione delle prestazioni e dello stato di salute degli atleti. Il presente elaborato si pone l'obiettivo di analizzare dal punto di vista tecnologico e applicativo tre specifiche categorie di sensori indossabili, valutandone i principi di funzionamento e l'impiego in tre diverse discipline sportive. Inizialmente, viene fornita una panoramica sui sistemi wearable e sul loro ruolo nell'acquisizione di segnali biomedici. Successivamente, lo studio si articola nell'analisi di tre tecnologie: la fascia cardio, basata su sensori elettrici/ECG per il monitoraggio della frequenza cardiaca durante la corsa; i dispositivi da polso dotati di unità di misura inerziale (IMU, accelerometri e giroscopi) per l'analisi cinematica e il conteggio delle vasche nel nuoto; e, infine, i sensori per il monitoraggio continuo del glucosio (CGM), utilizzati per la gestione metabolica nel ciclismo. Per ciascun dispositivo, oltre alla descrizione dell'architettura hardware e del principio fisico di trasduzione, viene presentato e discusso uno studio di letteratura per validarne l'efficacia e l'accuratezza sul campo. L'analisi condotta evidenzia come l'integrazione di questi sensori indossabili rappresenti un supporto fondamentale non solo per l'ottimizzazione dell'allenamento, ma anche per la prevenzione e il monitoraggio clinico-fisiologico in Ingegneria Biomedica.