Sistema modulare per misura di forze e pressioni
Una piattaforma elettronica e software per acquisire, visualizzare e analizzare forze e pressioni in tempo reale.
Un'unica piattaforma, adattabile a molti progetti
Questo sistema nasce da un’esigenza ricorrente: portare un dato oggettivo di forza o pressione dentro un test, un prototipo o un protocollo di misura, in modo ripetibile e leggibile. Invece di sviluppare un dispositivo diverso per ogni applicazione, WakeUp ha costruito un’unica piattaforma — elettronica di acquisizione più software proprietario — che viene adattata al progetto in base al tipo di sensore e di misura richiesti.
Lo stesso nucleo tecnologico può lavorare con celle di carico, matrici pressorie, solette strumentate e altre configurazioni. Cambia il sensore e la sua taratura, ma il flusso di lavoro resta lo stesso: collegamento, calibrazione, acquisizione, visualizzazione, registrazione e analisi. Questo consente di passare da una lettura semplice, comprensibile anche a un operatore non specialista, a un’analisi tecnica basata su curve, mappe, simmetrie, tempi, picchi e andamento dinamico.
La piattaforma sviluppata da WakeUp
Coerentemente con il metodo di lavoro WakeUp — dall’idea al dispositivo funzionante — la piattaforma unisce un dispositivo elettronico dedicato all’acquisizione dei segnali e un software proprietario per registrazione, visualizzazione live e analisi. La stessa base viene configurata per il sensore e l’applicazione desiderati.
Elementi comuni a ogni progetto basato sulla piattaforma:
- dispositivo elettronico dedicato per l’acquisizione dei segnali;
- comunicazione verso PC tramite BLE e/o UART, in base alla configurazione;
- software proprietario per registrazione, visualizzazione live e analisi;
- gestione di calibrazione, tara, sensibilità e modalità di invio dati;
- supporto a sensori inerziali integrati: accelerometro, giroscopio e magnetometro opzionale;
- registrazione su file dispositivo tramite protocollo SIOF;
- sincronizzazione temporale e avvio programmato per sessioni multi-dispositivo.
Questa architettura modulare permette di partire da una singola configurazione e di estendere il sistema a nuovi progetti mantenendo lo stesso ambiente software, riducendo i tempi di sviluppo e semplificando la gestione dei dati.
Collegamento, acquisizione e gestione della sessione
Il dispositivo viene collegato al software host e configurato prima dell’avvio della prova. Il software consente di impostare frequenza di acquisizione, canali o punti attivi, formato dati, filtro del front-end, guadagno, ritardo programmabile e polling della batteria.
Le sessioni possono essere usate in streaming live, con visualizzazione immediata dei dati, oppure registrate su file dispositivo quando la configurazione lo prevede. Il supporto alla sincronizzazione temporale e all’avvio programmato consente di gestire sessioni con più dispositivi mantenendo un riferimento temporale comune, quando il protocollo di prova lo richiede.
Il software proprietario
Il software proprietario è l’elemento che unifica ogni applicazione della piattaforma. Permette di visualizzare in tempo reale i segnali acquisiti, gestire lo stato del dispositivo, monitorare batteria e dati identificativi, e affiancare i segnali IMU quando abilitati. Consente inoltre di lavorare sia su sessioni live sia su file registrati.
L’interfaccia è pensata per separare la parte operativa da quella tecnica: l’utente può avviare rapidamente una prova e osservare grafici o mappe principali, mentre un operatore avanzato può intervenire su calibrazione, guadagno, frequenza, modalità di invio e parametri di acquisizione. La stessa logica di playback e allineamento temporale è disponibile per le applicazioni che producono più flussi o più dispositivi contemporaneamente.
Progetti già realizzati con questa piattaforma
Gli esempi che seguono sono applicazioni concrete, già sviluppate, testate e funzionanti. Mostrano come la stessa elettronica e lo stesso software siano stati configurati per esigenze molto diverse. Non sono un catalogo chiuso: sono un riferimento di ciò che il sistema può fare e di come può essere personalizzato per nuovi progetti.
LoadCells — misura di forze e carichi
In questo progetto la piattaforma è stata configurata per misurare in modo controllato e ripetibile le forze applicate su una o più celle di carico. Attraverso più canali indipendenti è possibile osservare sia il comportamento dei singoli punti di misura sia la forza complessiva generata dal soggetto o dal sistema meccanico in prova. Il sistema può lavorare con i canali separati, per analisi dettagliate, oppure con una modalità di somma che restituisce un valore virtuale complessivo, utile per leggere rapidamente la forza totale riducendo il volume dei dati trasmessi.
Acquisizione da celle di carico. Il sistema gestisce fino a 6 canali differenziali. Ogni canale può essere calibrato tramite tensione di eccitazione, fondo scala in kg, sensibilità in mV/V e offset di tara. Il software converte il dato grezzo in kg sulla base della calibrazione impostata, mantenendo la possibilità di lavorare sul dato raw per verifiche tecniche. La tara si imposta e si azzera da software.
Contesti d’uso: test di forza e potenza in ambito sportivo, analisi di salto e performance neuromuscolare, valutazione di asimmetrie tra arto sinistro e destro, monitoraggio di esercizi controllati (squat, spinte, appoggi mono-podalici), analisi del Centro di Pressione (CoP) con geometria delle celle nota, ricerca e validazione di protocolli biomeccanici, sviluppo e collaudo di dispositivi o attrezzature.
Esempi applicativi: CMJ (Countermovement Jump), SJ (Squat Jump), DJ (Drop Jump), Single Leg Stance / Romberg mono-podalico, Limits of Stability (LoS), test di equilibrio statico e dinamico, confronto tra forza massima, forza media, impulso e rate of force development, analisi di simmetria e distribuzione del carico.
Specifiche tecniche — LoadCells
- Canali: fino a 6
- Formati ADC supportati: RAW_S16_LE, RAW_S24_LE
- Modalità invio ADC: tutti i canali abilitati / sola somma virtuale
- Frequenza ADC di default software: 100 Hz
- Guadagni front-end: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128
- Filtri front-end: LowLatency, SINC3
- Eccitazione cella di default: 5 V
- Fondo scala cella di default: 300 kg
- Sensibilità cella di default: 2 mV/V
- Tara: impostazione e reset da software
- IMU: accelerometro, giroscopio, magnetometro opzionale
- Comunicazione: BLE / UART, in base alla configurazione
- Registrazione su file dispositivo: protocollo SIOF
- Batteria: monitoraggio percentuale supportato
Solette strumentate — analisi pressoria, movimento e cammino
In questo progetto la piattaforma è stata configurata per osservare come il piede interagisce con il suolo durante appoggio, cammino ed esercizi funzionali. Attraverso una matrice di sensori pressori e un’unità inerziale integrata, il sistema acquisisce dati utili per interpretare distribuzione del carico, dinamica del passo, simmetrie e tempi di contatto. Rende leggibile non solo quanto carico viene applicato, ma anche dove, quando e con quale evoluzione nel tempo.
La soluzione si basa su dispositivi FlexInFit2, uno per il piede sinistro e uno per il destro, con acquisizione separata dei due piedi, visualizzazione live tramite heatmap, registrazione e riproduzione delle sessioni, IMU integrata e una pipeline software per l’allineamento temporale dei flussi pressione/IMU e dei due dispositivi.
Matrice pressoria e IMU. La soletta utilizza una matrice pressoria 30×9. Il software normalizza e mappa i dati in una rappresentazione coerente del piede, distinguendo lato sinistro e destro. I dati pressori possono essere affiancati da accelerometro, giroscopio e magnetometro (quando abilitato), consentendo di analizzare anche le fasi del passo: appoggio, stacco e transizioni.
Playback e allineamento. La pipeline usa l’ADC come timeline primaria e può riallineare i flussi IMU alla griglia dei campioni pressori, marcando esplicitamente gap, interpolazioni o dati non validi. È un aspetto importante nei test con due dispositivi, dove i flussi indipendenti dei due piedi vanno portati su una timeline comune per un confronto significativo.
Contesti d’uso: analisi del cammino, valutazione dell’appoggio plantare, studio della distribuzione pressoria durante stance e swing, sport science e ottimizzazione del gesto, riabilitazione e follow-up funzionale (come strumento di misura e monitoraggio), ricerca biomeccanica, test di calzature/plantari/dispositivi indossabili, analisi di equilibrio, simmetria e trasferimento del carico.
Esempi applicativi: analisi delle fasi del passo, confronto sinistro/destro, valutazione del tempo di contatto, rilevazione di heel strike e toe off, monitoraggio di esercizi di equilibrio, camminata su percorso o treadmill, distribuzione del carico in esercizi funzionali, valutazione di plantari o modifiche alla calzatura.
Specifiche tecniche — Solette
- Dispositivi: uno per piede, sinistro e destro
- Matrice pressoria: 30×9
- Formati ADC supportati: RAW_U12_LE, RAW_U8_LE
- Frequenza ADC di default software: 30 Hz
- IMU: accelerometro, giroscopio, magnetometro opzionale
- Frequenze accelerometro: OFF, 1.6 Hz, 12.5 Hz, 26 Hz, 52 Hz, 104 Hz, 208 Hz, 416 Hz, 833 Hz, 1.66 kHz, 3.33 kHz, 6.66 kHz
- Range accelerometro: 2 g, 4 g, 8 g, 16 g, 32 g
- Frequenze giroscopio: OFF, 12.5 Hz, 26 Hz, 52 Hz, 104 Hz, 208 Hz, 416 Hz, 833 Hz, 1.66 kHz, 3.33 kHz, 6.66 kHz
- Range giroscopio: 125 dps, 250 dps, 500 dps, 1000 dps, 2000 dps, 4000 dps
- Frequenze magnetometro: OFF, 10 Hz, 20 Hz, 50 Hz, 100 Hz
- Comunicazione: BLE / UART, in base alla configurazione
- Registrazione su file dispositivo: protocollo SIOF
- Visualizzazione: heatmap, griglia, valori cella, palette, soglia video, rotazione, modalità auto-max
- Sincronizzazione multi-device: supportata lato protocollo/software
Pad Busti — matrice pressoria per contatto e distribuzione
In questo progetto la piattaforma è stata configurata per acquisire e visualizzare una distribuzione pressoria su una superficie localizzata. A differenza di un singolo sensore puntuale, la matrice permette di osservare dove si concentrano le pressioni, come cambiano nel tempo e se il contatto è distribuito in modo uniforme o localizzato. È utile in tutti i contesti in cui la qualità del contatto tra corpo, supporto, busto, tutore o interfaccia va valutata in modo più oggettivo rispetto alla sola osservazione visiva.
La soluzione si basa su una matrice pressoria 4×8 / 8×4 (32 punti), con dispositivo configurato come TORSO_PAD_4X8, acquisizione tramite firmware SensorIoT e software host per visualizzazione, test e gestione dei dati. La matrice, più compatta rispetto alle solette, è adatta a superfici localizzate dove interessa osservare una zona specifica con buona leggibilità.
Matrice pressoria. Ogni punto della matrice restituisce un valore ADC, utilizzabile per costruire heatmap di pressione, confronto tra zone, identificazione di picchi localizzati, andamento temporale durante una prova e valutazione pre/post regolazione. Il valore del sistema sta nel rendere misurabile e confrontabile una distribuzione di contatto.
Contesti d’uso: valutazione di busti, tutori o supporti su tronco, analisi della distribuzione del contatto in aree localizzate, confronto tra regolazioni o configurazioni meccaniche, ricerca su interfacce corpo-dispositivo, test di comfort e pressione su superfici di appoggio, sviluppo di dispositivi indossabili o supporti posturali, monitoraggio qualitativo di aree critiche durante prove controllate.
Esempi applicativi: mappatura delle pressioni di contatto su un busto, verifica di punti di sovraccarico dopo una regolazione, confronto tra due soluzioni di imbottitura o geometria, analisi dell’uniformità di appoggio, test di ripetibilità su banco, controllo della variazione di pressione durante respirazione o movimento, supporto a prototipazione di interfacce ergonomiche.
Specifiche tecniche — Pad Busti
- Tipo dispositivo: TORSO_PAD_4X8
- Matrice pressoria: 4×8 / 8×4
- Numero punti matrice: 32
- Formato ADC supportato: RAW_U12_LE
- Comunicazione: BLE / UART, in base alla configurazione
- Visualizzazione: matrice/heatmap in tempo reale
- Test BLE interni: profili 7.5 ms, 15 ms, 30 ms; MTU fino a 517 nei test disponibili
- Frequenza frame misurata nei test BLE: variabile in base a trasporto, profilo e modalità
Ambiti di utilizzo
Il sistema può essere impiegato nei seguenti ambiti applicativi:
- Valutazione funzionale e performance sportiva
- Analisi del cammino e dell’appoggio plantare
- Distribuzione del contatto e interfacce corpo-dispositivo
- Ricerca biomeccanica e validazione di protocolli
- Sviluppo e collaudo di dispositivi e attrezzature
La modularità del sistema consente l’adattamento a differenti scenari applicativi.
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