ECTS - University of Pisa
Il modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems" introduce gli studenti ai principali metodi e tecnologie impiegati nello sviluppo di dispositivi per la misura di quantità fisiche ed elettriche, utili nel controllo e nel monitoraggio di sistemi bionici. Gli studenti saranno esposti a un approccio orientato al sistema, piuttosto che al dispositivo, nella presentazione di un sistema di misura, con considerazioni multi-disciplinari riguardanti, elettronica, teoria dei sistemi, teoria dei segnali, statistica e teoria della probabilità.
Il modulo “Soft and smart materials”, mira ad approfondire la conoscenza e l’utilizzo di materiali morbidi/cedevoli/flessibili per la realizzazione di dispositivi bionici. La prima parte consisterà nel fornire una conoscenza avanzata su diverse tecnologie (attuatori e sensori innovativi), dai principi di base al loro sfruttamento in problemi ingegneristici specifici. La seconda parte del corso coprirà l'analisi agli elementi finiti (FEA) e fornirà il background matematico per comprendere la valenza del metodo e la conoscenza di base per poter impostare e risolvere un problema meccanico strutturale altamente non lineare.
The "Instrumentation and measurement for bionic systems" module introduces the students to the main methods and technologies involved in the development of equipment for measuring physical and electrical variables during monitoring and control of bionic systems. Rather than to a device-oriented approach, the students will be exposed to a system-oriented approach to the theory and practice of bionic measurement systems, cutting across several disciplines, including electronics, systems theory, digital signal processing, statistics and theory of probability.
The “Soft and smart materials” module aims at deepening the knowledge and the use of soft/compliant/flexible materials for the realization of bionic devices. The first part will provide advanced knowledge on various technologies (innovative actuators and sensors), from basic principles to their exploitation in specific engineering problems. The second part of the course will cover the finite element analysis (FEA) and provide the mathematical background to understand the value of the method and the basic knowledge to be able to set up and solve a highly non-linear structural mechanical problem.
Nel modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”, l’esame per l’accertamento delle conoscenze consiste in una prova orale, nel corso delle quali lo studente viene invitato a esporre approcci possibili per la soluzione di semplici problemi di misura. Non sono previste prove in itinere.
Nel modulo “Soft and Smart Materials”, l’accertamento delle conoscenze avverrà attraverso la prova orale prevista in ogni sessione d’esame. Non sono previste prove in itinere, ma durante le lezioni gli studenti verranno chiamati a rispondere a quesiti su tematiche già affrontate e inoltre nell’affrontare le sessioni pratiche, gli studenti dovranno dare prova di aver acquisito le conoscenze teoriche di base.
In the “Instrumentation and measurement for bionic systems” module, the exam for assessing the knowledge mastered by the students is based on an oral format. Thorughout the exam, students are invited to expose approaches to the solution of simple measurement problems. There is no formal testing throughout the duration of the course.
In the "Soft and Smart Materials" module, the knowledge assessment will take place through the oral exam at each exam session. There is no official testing during lessons, but students will be asked to answer questions on issues that have already been faced, and in dealing with practical sessions, students will have to prove that they have acquired the basic theoretical knowledge.
Modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”
Al termine del corso lo studente saprà:
Modulo “Soft and Smart Materials”
Il corso permetterà allo studente di saper svolgere un'analisi comparativa per scegliere le tecnologie attuative innovative più adatte per problemi tecnici specifici. Inoltre, grazie alle sessioni di laboratorio, gli studenti acquisiranno la manualità nell’utilizzo di alcuni strumenti di laboratorio (generatori di segnale, amplificatori di tensione, macchine di caratterizzazione meccanica, fornace) e materiali (siliconi, leghe metalliche a memoria di forma, parafilm). Infine, gli studenti sapranno progettare e simulare semplici problemi meccanici altamente non-lineari attraverso l’utilizzo di un software commerciale per l’analisi agli elementi finiti.
“Instrumentation and measurement for bionic systems” module
Upon completion of the course, the students will be able to:
“Soft and Smart Materials” module
The course will transfer the skills to conduct a comparative analysis and to choose the most appropriate innovative technologies for specific technical problems. In addition, through laboratory sessions, students will acquire the manual use of some laboratory tools (signal generators, voltage amplifiers, mechanical characterization machines, furnace) and materials (silicones, shape memory alloys, parafilm). Finally, students will be able to design and simulate simple non-linear mechanical problems through the use of commercial software for finite element analysis.
Nel modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”, particolare attenzione nel corso della prova d’esame è rivolta a saggiare la capacità dello studente di esprimersi in un linguaggio tecnico appropriato, e a padroneggiare in modo critico e costruttivo le conoscenze metodologiche acquisite durante il corso, anche attraverso la capacità di formalizzazione matematica dei problemi posti.
Nel modulo “Soft and Smart Materials”, l’accertamento delle conoscenze durante l’implementazione pratica dei concetti acquisiti. Sono previste sia attività “hands-on” in cui gli studenti progetteranno e fabbricheranno con le loro mani dei piccoli dispositivi, sia esercitazioni al computer in cui gli studenti dovranno risolvere i problemi assegnati con l’uso del software di analisi dedicato.
In the “Instrumentation and measurement for bionic systems” module, great care is taken, during the oral exam, to probe the students for their ability to use correctly the technical language, and for their ability to master, in a mindful way, the methodological knowledge acquired during the course. This will be revealed also by the students' ability to provide a mathematical formalization to the problems raised during the exam.
In the "Soft and Smart Materials" module, knowledge assessment will be carried out through the practical implementation of acquired concepts. There will be both hands-on activities where students will design and manufacture small devices with their hands, and computer exercises where students will have to solve assigned problems using the dedicated analysis software.
Nel modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”, gli studenti acquisiranno la capacità di:
Nel modulo “Soft and Smart Materials” gli studenti acquisiranno il metodo corretto per affrontare la progettazione di strutture meccaniche altamente deformabili e verranno sensibilizzati sull’uso corretto di strumenti e materiali per la realizzazione di prototipi per la validazione sperimentale.
In the “Instrumentation and measurement for bionic systems” module, students will gain the capability to:
In the "Soft and Smart Materials" module, students will acquire the right method to deal with the design of highly deformable mechanical structures and will be aware of the correct use of tools and materials for the implementation of prototypes for experimental validation.
Nel modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”, gli strumenti utilizzati per accertare l’acquisizione dei comportamenti attesi saranno essenzialmente basati sulle interazioni con il docente, realizzate nel corso delle lezioni frontali e delle esercitazioni in classe – utili a verificare l’acquisizione e il consolidamento dei concetti esposti.
Nel modulo “Soft and Smart Materials” gli studenti dimostreranno l’acquisizione di un corretto comportamento sia in aula attraverso le interazioni con il docente, sia durante le sessioni pratiche.
In the “Instrumentation and measurement for bionic systems” module, assessment criteria of behaviors will be essentially based on the interactions between the students and the teacher. These interactions are particularly valuable during the teaching hours, when the process of knowledge acquisition and consolidation can be monitored.
In the "Soft and Smart Materials" module, students will demonstrate the correct behavior both in the classroom through interaction with the teacher and in the lab during practical sessions.
Per il modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”, non sono necessari particolari requisiti. Una certa padronanza multidisciplinare in elettronica analogica, teoria dei (circuiti, segnali, probabilità, controlli) è certamente utile a una fruizione ottimale del corso.
Per seguire il modulo “Soft and Smart Materials” in modo proficuo, non sono richieste conoscenze specialistiche da parte degli studenti. Tuttavia, sono necessarie conoscenze consolidate di base di fisica e matematica. Sono inoltre utili, anche se non strettamente necessarie, conoscenze relative a meccanica ed elettronica.
For the “Instrumentation and measurement for bionic systems” module, there are no prerequisites. Nonetheless, basic knowledge of analog electronics, and (circuit, signal, probability, control) theories are certainly recommended for a better exploitation.
To attend the "Soft and Smart Materials" module in a profitable manner, students do not require specialist knowledge. However, basic knowledge of physics and mathematics is needed. Useful, though not strictly necessary, mechanical and electronic knowledge.
Per quanto concerne il modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”, le indicazioni metodologiche sono le seguenti:
Per quanto riguarda il modulo “Soft and Smart Materials”, le indicazioni metodologiche sono le seguenti:
La lingua utilizzata nel corso delle lezioni e delle attività di laboratorio sarà sempre l’inglese.
For the module “Instrumentation and measurement for bionic systems”, the teaching methods are as follows:
Concerning the "Soft and Smart Materials" module, the methodological indications are as follows:
Modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”
Per quanto riguarda il modulo “Soft and Smart Materials”, il programma prevede i seguenti argomenti, suddivisi in temi più specifici:
For the “Instrumentation and measurement for bionic systems” module, the course covers the following areas:
For the module “Soft and Smart Materials”, the course covers the following areas (subdivided into more specific topics):
Per entrambi i moduli, le lezioni in formato digitale sono disponibili sul sito http://www.bionicsengineering.it/Courses_PrivateArea, accessibile dagli studenti.
Modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”
La bibliografia di riferimento è la seguente:
Per il modulo “Soft and Smart Materials”, i riferimenti per le basi toriche dell’analisi agli elementi Finiti (FEA) sono i primi 3 capitoli del libro: Robert D. Cook, David S. Malkus, Michael E. Plesha, Robert J. Witt, "Concept and applications of finite element analysis", Fourth edition, John Wiley & Sons, ISBN: 978-0-471-35605-9
Il software ANSYS è disponibile online sul sito ansys.com (student edition, gratuito e completamente funzionante per 6 mesi) e su tutti i computer dell’aula multimediale in cui si svolge metà del corso.
La bibliografia di riferimento per le tecnologie attuative include:
Inoltre, tutto il materiale incluso nelle slide del corso è debitamente citato e disponibile online.
For both modules, the lessons in a digital format will be available on the website: http://www.bionicsengineering.it/Courses_PrivateArea accessible by the students.
Module “Instrumentation and measurement for bionic systems”
The reference bibliography is the following:
For the module “Soft and Smart Materials”, the references for the theoretical base of Finite Element Analysis are the first 3 chapters of the book: Robert D. Cook, David S. Malkus, Michael E. Plesha, Robert J. Witt, "Concept and applications of finite element analysis", Fourth edition, John Wiley & Sons, ISBN: 978-0-471-35605-9
The ANSYS software is available online on ansys.com (student edition, free and fully working for 6 months) and on the computers of the multimedia room, where half of the course takes place.
The main bibliography on the actuation technologies is the following:
All the material included in the course slides is duly cited and can be retrieved online.
Non ci sono variazioni per studenti non frequentanti.
There are no variations for students that do not attend the course.
Nel modulo “Instrumentation and measurement for bionic systems”, le indicazioni per lo svolgimento della prova di esame sono le seguenti:
Nel modulo “Soft and smart materials”, l’accertamento delle conoscenze avviene attraverso una prova orale in cui vengono poste domande per valutare la conoscenza dei principi tecnologici esposti e testati durante il corso e la capacità di saper scegliere la tecnologia più adatta per specifiche applicazioni. La prova non è superata se il candidato mostra di non essere in grado di esprimersi in modo chiaro e di usare la terminologia corretta. Inoltre il candidato deve anche dimostrare di saper rispondere correttamente almeno alle domande che riguardano i principi fisici alla base delle tecnologie analizzate. Si considera invece motivo di merito la capacità di saper argomentare vantaggi e svantaggi nell’uso delle stesse in contesti applicativi specifici.
Dopo questa parte teorica, allo studente viene chiesto di risolvere un problema FEM preimpostato con l’utilizzo del computer messo a disposizione dal docente per capire il livello di abilità acquisita nell’utilizzo del software ANSYS studiato durante il corso. La prova si considera superata se il candidato mostra dimestichezza nell’uso del software e se è in grado di giustificare e supportare le ragioni che lo spingono ad utilizzare determinati comandi. Portare a compimento la simulazione non è strettamente necessario (anche se motivo di merito), ma il candidato deve almeno impostare l’analisi in maniera corretta e logica.
In the “Instrumentation and measurement for bionic systems” module, the assessment methos will be the following:
In the module "Soft and smart materials", knowledge assessment is performed through an oral test where questions are aimed at evaluating the knowledge of the technologies studied and tested during the course and the ability to choose the most appropriate technology for specific applications. The test is not passed if the candidate shows that he is not able to express himself clearly and to use the correct terminology. In addition, the candidate must also demonstrate that he is able to answer at least the questions related to the physical principles underlying the analyzed technologies. Instead, it is considered a merit the ability to argument the advantages and disadvantages of using them in specific application contexts.
After this theoretical part, the student is asked to solve a pre-set FEM problem using the computer provided by the instructor to understand the skill level acquired in the use of ANSYS software studied during the course. The test is considered passed if the candidate demonstrates to be familiar with the use of the software and if he is able to justify and support the reasons that prompt him to use certain commands. Carrying out the entire simulation is not strictly necessary (though merit), but the candidate must at least set the analysis in a correct and logical manner.
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