Sviluppo e Sperimentazione di Due Ginocchia Artificiali in un Banco di Prova Motorizzato per la Valutazione di Ginocchiere Sportive

The knee is the joint that undergoes the most stress during skiing. This thesis focuses on the crucial issue of injury prevention in the practice of this sport. The study examines the efficacy and performance of different types of knee braces, particularly a more traditional knee brace equipped with two lateral metal plates, and an innovative knee brace equipped with airbags. To carry out the analyses, a motorized test bench and a knee equipped with a universal joint capable of performing flexion, abduction, adduction, and internal and external rotation movements were used. The analysis focuses on three fundamental parameters that must be evaluated to design knee braces capable of limiting those potentially harmful knee movements. The first aspect examined concerns the ability of these devices to dissipate energy in response to different degrees of flexion movement and the abduction, adduction, and rotation movements of the knee. The results show that the airbag brace, when inflated to increasing pressures, offers superior energy dissipation, providing greater protection in wider movements that could be harmful. The traditional brace also demonstrated functional energy dissipation. Secondly, the stiffness of the knee braces was analysed, a fundamental element to ensure effective protection without compromising mobility. The airbag knee brace demonstrated a distinctive ability to adapt to different conditions, offering optimal protection when inflated to 0.5 bar. As a third and final parameter, the resistance produced by the knee braces during the flexion movement was evaluated. The thesis opens up new perspectives in the field of sports biomechanics, highlighting the importance of safeguarding the knee during high-risk sports activities such as skiing, where the number of injuries to this joint is significantly high.

Il ginocchio è l'articolazione che subisce le maggiori sollecitazioni durante lo sci. Questa tesi è incentrata sulla cruciale questione della prevenzione degli infortuni nella pratica di questo sport. Lo studio esamina l’efficacia e le prestazioni di diverse tipologie di ginocchiere, in particolare una ginocchiera più tradizionale, dotata di due piastre metalliche laterali, e una ginocchiera innovativa dotata di airbag. Per eseguire le analisi è stato utilizzato un banco di prova motorizzato e un ginocchio dotato di un giunto cardano in grado di effettuare i movimenti di flessione, abduzione e adduzione e rotazione interna ed esterna. L’analisi si concentra su tre parametri fondamentali che è necessario valutare per progettare ginocchiere che siano in grado di limitare quei movimenti del ginocchio potenzialmente dannosi. Un primo aspetto esaminato riguarda la capacità di questi dispositivi di dissipare energia in risposta a diversi gradi di movimento di flessione e ai movimenti di abduzione, adduzione e rotazione del ginocchio. I risultati evidenziano che il tutore con airbag, quando gonfiato a pressioni crescenti, offre una dissipazione energetica superiore garantendo una protezione maggiore in movimenti più ampi che potrebbero risultare dannosi. Anche il tutore tradizionale ha dimostrato una funzionale dissipazione energetica. In secondo luogo, è stata analizzata la rigidezza delle ginocchiere, elemento fondamentale per garantire una protezione efficace senza compromettere la mobilità. La ginocchiera dotata di airbag ha dimostrato una capacità distintiva di adattarsi a diverse condizioni, offrendo una protezione ottimale quando gonfiata a 0,5 bar. Come terzo e ultimo parametro è stata valutata la resistenza che producono le ginocchiere durante il movimento di flessione. La tesi apre nuove prospettive nel campo della biomeccanica dello sport, evidenziando l'importanza di salvaguardare il ginocchio durante attività sportive ad alto rischio come lo sci, in cui il numero di infortuni a questa articolazione è significativamente elevato.