Techniques and Methods for a multi-scale analysis of neuromuscular fatigue

This thesis proposes an integrated holistic approach to the study of neuromuscular fatigue in order to encompass all the causes and all the consequences underlying the phenomenon. Starting from the metabolic processes occurring at the cellular level, the reader is guided toward the physiological changes at the motorneuron and motor unit level and from this to the more general biomechanical alterations. In Chapter 1 a list of the various definitions for fatigue spanning several contexts has been reported. In Chapter 2, the electrophysiological changes in terms of motor unit behavior and descending neural drive to the muscle have been studied extensively as well as the biomechanical adaptations induced. In Chapter 3 a study based on the observation of temporal features extracted from sEMG signals has been reported leading to the need of a more robust and reliable indicator during fatiguing tasks. Therefore, in Chapter 4, a novel bi-dimensional parameter is proposed. The study on sEMG-based indicators opened a scenario also on neurophysiological mechanisms underlying fatigue. For this purpose, in Chapter 5, a protocol designed for the analysis of motor unit-related parameters during prolonged fatiguing contractions is presented. In particular, two methodologies have been applied to multichannel sEMG recordings of isometric contractions of the Tibialis Anterior muscle: the state-of-the-art technique for sEMG decomposition and a coherence analysis on MU spike trains. The importance of a multi-scale approach has been finally highlighted in the context of the evaluation of cycling performance, where fatigue is one of the limiting factors. In particular, the last chapter of this thesis can be considered as a paradigm: physiological, metabolic, environmental, psychological and biomechanical factors influence the performance of a cyclist and only when all of these are kept together in a novel integrative way it is possible to derive a clear model and make correct assessments.

Transition Matters. Il ruolo del designer nella transizione sostenibile e circolare dei materiali polimerici

La ricerca indaga il ruolo del designer nella transizione sostenibile e circolare all’uso di materiali polimerici. Nel contesto contemporaneo la plastica è utilizzata in quasi ogni settore merceologico ma la sua futura applicazione è messa in forte discussione a causa dei visibili impatti ambientali del suo uso irresponsabile. Un passaggio netto dalla totale dipendenza alla liberazione dei polimeri è difficile; è necessario un periodo di transizione che permetta di coesistere responsabilmente con i polimeri in attesa di trovare dei validi sostituti. L’obiettivo della ricerca è lavorare su questo periodo ponendo il designer e le sue competenze come soggetti chiave del movimento. La tesi di ricerca propone un approccio per calare le pratiche del Transition Design nella progettazione di sistemi-prodotto, nutrendosi degli attributi anticipatori dell’Advanced Design e puntando agli obiettivi del Circular Design, lavorando a partire dalle merci più critiche nel contesto contemporaneo: quelle in polimero fossile non riciclabile. Contributo della tesi è la figura del Transition Matter Designer, un progettista di transizioni dei materiali che prevede metamorfosi di sistemi-prodotto nel tempo grazie alle sue competenze a diverse scale del progetto: forma l’utente agli atteggiamenti circolari e sostenibili, caratterizza i materiali per individuarne nuovi usi, seleziona i processi produttivi adatti a prevenire scarti e ne anticipa i cicli di vita nei prodotti. I Knitted Fasteners sono il risultato della simulazione del lavoro del Transition Matter Designer nel tessile: un sistema di elementi di fissaggio, personalizzabili dallo stilista e integrati negli abiti a maglia, che permettono di eliminare l’uso di fashion fasteners in plastica e metallo, elementi che rendono difficile il riciclo dei capi. Dalla sperimentazione è emerso il modello concettuale della Transindustrial Production: un lavoro di collaborazione fra Transition Matter Designer e creativo per dare identità ai materiali polimerici circolari attraverso l’ibridazione fra artigianato e industria, tipico del Made in Italy.