Un semestre alla CSUSB: insegnare chinesiologia con Artec Studio Lite

Gli studenti di chinesiologia della CSUSB in posa con la mascotte universitaria "Cody il Coyote". Immagine per gentile concessione della CSUSB

Gli studenti di chinesiologia della California State University di San Bernardino (CSUSB), nel cuore dell’Inland Empire della California meridionale, studiano il movimento umano, l'esercizio fisico, la salute e la performance atletica attraverso esperienze pratiche in laboratorio con attrezzature all'avanguardia.

Dalla biomeccanica alla fisiologia dell'esercizio fisico, è un luogo eccellente per formarsi in vista di una carriera nella fisioterapia e nella terapia occupazionale. Ma il mondo della tecnologia non si ferma mai, e nuovi metodi di analisi fisiologica vengono costantemente sviluppati, soprattutto in ambito accademico, dove il pensiero laterale viene attivamente incoraggiato.

La scansione 3D professionale è uno di questi approcci. Dispositivi come Artec Spider II consentono di misurare digitalmente l'anatomia umana per eseguirne la valutazione, il monitoraggio morfologico, la pianificazione chirurgica e altro ancora. Tuttavia, questa tecnologia non è sempre alla portata del budget ridotto del corpo docente universitario.

Studenti di chinesiologia che svolgono test pratici in aula. Immagine per gentile concessione della CSUSB

Una valida alternativa a basso costo che i docenti possono dare a ogni studente è Artec Studio Lite: un software che trasforma foto o video (anche quelli acquisiti con uno smartphone) in modelli 3D fotorealistici. Con l'obiettivo di verificarne l'applicabilità nel campo della chinesiologia, il docente della CSUSB Cameron Van Wye ha coinvolto la sua classe Kine 2400, Applicazioni della Tecnologia in chinesiologia, in un semestre di lezioni di apprendimento interattivo.

“Come chinesiologo, sono convinto che il gioco sia uno dei migliori strumenti didattici a nostra disposizione, e questa convinzione ha plasmato il mio approccio al corso”, spiega Cameron. “Ho abbandonato la lezione frontale in favore di un approccio orientato ai progetti e centrato sullo studente. Una parte fondamentale di questo cambiamento consiste nell'introdurre in classe software 3D specializzato.”

“Non si tratta solo di usare una nuova tecnologia: si tratta di aiutare gli studenti a confrontarsi con concetti reali: anatomia, geometria e come cambia il corpo umano”, ha aggiunto. “Ciò che mi piace di più è l'autonomia che restituisce agli studenti. Possono seguire i propri interessi, mettere alla prova le proprie ipotesi ed esprimersi attraverso questi nuovi strumenti. L'ambiente premia la curiosità. L'apprendimento diventa sensoriale, creativo e autodeterminato.”

Artec Studio Lite in aula

Per portare gli studenti al passo con questa nuova tecnologia, Cameron ha strutturato il suo programma in due fasi: un progetto di ricerca in aula e una fase più pratica, che prevedeva la stampa 3D di prototipi di dispositivi medici adattativi. Si è iniziato con uno studio di fattibilità, non per valutare le prestazioni di Artec Studio Lite, ma per verificare se la tecnologia potesse facilitare l'apprendimento degli studenti e consentire l'analisi della composizione corporea.

Per testare questa applicazione, 20 volontari sono stati misurati nelle regioni addominale superiore, addominale media, vita e fianchi con un tradizionale metro Gulick, e poi tramite fotogrammetria. Gli studenti hanno utilizzato un'illuminazione uniforme per ottenere i migliori risultati e hanno inizialmente utilizzato le barre di scala disponibili come standard in Artec Studio Lite per produrre modelli finali in scala (e quindi misurabili).

Un volontario fotografato per un progetto di fotogrammetria. Immagine per gentile concessione della CSUSB

In seguito sono passati a barre di scala stampate in 3D e progettate in Autodesk Fusion e a "tatuaggi temporanei" indossabili dai volontari per focalizzarsi su specifiche aree anatomiche. È interessante notare che le foto sono state scattate sia con una fotocamera di fascia alta sia con uno smartphone, ed è stato quest'ultimo a rivelarsi più veloce e facile da usare, e i dati risultanti sono stati sufficienti per generare modelli 3D accurati.

Rispetto alle misurazioni ottenute con metodi tradizionali, i digital twin così ottenuti sono risultati dimensionalmente molto vicini, portando il team a concludere che Artec Studio Lite ha un forte potenziale nel campo della chinesiologia. Inoltre, forse ancora più importante, gli studenti hanno trovato la tecnologia intuitiva ed efficace per imparare autonomamente ad analizzare la fisiologia umana.

"Non sapevo nemmeno che esistessero queste cose fino a due settimane prima dell'inizio del corso", ha dichiarato Kayla Miller, una studentessa del corso di Cameron. All'inizio "mi sono detta: bello, davvero interessante. Stampare protesi e ortesi in 3D. Sì, è assolutamente sbalorditivo. È incredibile che esista questo tipo di tecnologia."

Gli studenti acquisiscono un dispositivo di supporto per ricostruirlo in 3D in Artec Studio Lite. Immagine per gentile concessione della CSUSB

"Trovo che sia fantastico", ha aggiunto un'altra studentessa di Cameron, Brianna Griffin. "Ho sempre amato studiare l'anatomia umana. Poter unire l'anatomia umana e la creazione di oggetti è, secondo me, qualcosa di straordinario. Cameron ci ha dato qualcosa da fare in classe che ha davvero ampliato i miei orizzonti, e su cui posso sperimentare liberamente: è troppo divertente. Penso che aiuti davvero a capire meglio."

Dispositivi adattivi personalizzati stampati in 3D

La seconda parte del corso si è concentrata sulla progettazione centrata sul paziente. Lavorando con i volontari, gli studenti ne hanno identificato le esigenze individuali per migliorare la loro qualità della vita, quindi hanno stampato in 3D dispositivi funzionali basati su modelli 3D di Artec Studio Lite. Hanno iniziato lavorando sotto una guida, ma in breve tempo sono diventati sempre più autonomi, raggiungendo risultati di grande rilievo.

Ortesi piede-caviglia (AFO)

Per un volontario, gli studenti hanno sviluppato un dispositivo personalizzato di supporto all'arto inferiore, progettato per migliorare il posizionamento del piede e della caviglia, la stabilità e il movimento. Hanno acquisito foto dell'arto residuo e applicato marcatori skin-safe per aiutare Artec Studio Lite a riconoscere le immagini sovrapposte e ricostruire l'anatomia con alta accuratezza, per poi esportare il modello risultante come file STL.

Il prototipo dell'ortesi piede-caviglia realizzata dagli studenti. Immagine per gentile concessione della CSUSB

In Meshmixer il team ha confrontato la mesh con le misurazioni manuali, eseguito alcune rifiniture e progettato l'ortesi, creando "gusci" con offset nelle aree chiave di supporto della gamba e del piede. Questi gusci sono stati uniti per formare la struttura ortotica, portando gli studenti da una scansione acquisita con smartphone a un dispositivo assistivo personalizzato: un workflow digitale completo, dall'acquisizione anatomica alla produzione additiva.

Dispositivo di estensione del braccio

Molte forme di nanismo, come l'acondroplasia, sono associate a bassa statura e accorciamento degli arti dovuto a un'alterazione della crescita nelle ossa lunghe. Nell'ambito del loro progetto di estensione del braccio, gli studenti hanno sviluppato un ausilio personalizzato per venire incontro a queste esigenze.

Progettato per prolungare la portata del braccio e per un migliore bilanciamento del carico, il dispositivo si aggancia alle maniglie delle macchine da palestra senza mettere il polso, la mano o la spalla in posizioni rischiose. Per personalizzare il prototipo, gli studenti gli hanno dato una presa a forma di gancio.

Studenti che presentano il dispositivo di estensione del braccio al resto della classe. Immagini per gentile concessione della CSUSB

In questo caso, il team ha acquisito un video con uno smartphone. Le foto sono state estratte in Artec Studio Lite e assemblate, ottenendo un modello che è stato utilizzato come riferimento per la progettazione, il dimensionamento e l'allineamento in Autodesk Fusion. Il dispositivo risultante è stato stampato in 3D e testato con successo su più movimenti senza scivolare, piegarsi o rompersi.

Protesi dell'arto inferiore

In questo progetto, un calco dell'arto inferiore è stato posizionato su una piattaforma rotante e digitalizzato con uno smartphone in 4K. I dati sono stati elaborati in Artec Studio Lite, producendo un modello 3D che ha costituito la base per la progettazione dell'invasatura. La scansione è stata importata in Meshmixer, dove è stata rifinita, ritagliata e levigata, verificando la presenza di fori o distorsioni, con misurazioni quali lunghezza dell'arto, larghezza, dimensione dell'apertura dell'invasatura e profilo utilizzate per mantenere l'accuratezza anatomica.

Un prototipo della progettazione protesica dell'arto inferiore realizzata dagli studenti. Immagine per gentile concessione della CSUSB

Il prototipo finale è stato progettato tenendo conto della forma dell'arto, dello spessore delle pareti, dei bordi arrotondati, delle aree sensibili alla pressione, del comfort e del supporto strutturale. Sebbene il team abbia utilizzato uno stampo anziché un arto residuo reale, il successo di questa iniziativa dimostra come scansione e fabbricazione offrano un'alternativa più rapida, meno laboriosa e personalizzabile rispetto alla tradizionale colatura in gesso.

Ortesi protettiva a corona per il ginocchio

Per aiutare un volontario affetto dalla malattia di Osgood-Schlatter, una condizione che colpisce l'area ossea immediatamente sotto la rotula, gli studenti hanno progettato un'ortesi protettiva personalizzata. L'obiettivo era proteggere quest'area durante l'attività fisica senza esercitare pressione diretta sulla protuberanza dolente: una sfida progettuale che richiedeva una conoscenza precisa dell'anatomia superficiale del ginocchio.

Utilizzando Artec Studio Lite, il team ha elaborato il video acquisito attorno alle aree anteriore, mediale e laterale del ginocchio per generare un modello anatomico digitale, utilizzato in seguito per creare un overlay illustrativo delle dimensioni, della forma e dell'area di copertura del dispositivo.

Un modello 3D dell'ortesi a corona per il ginocchio realizzata dagli studenti. Immagine per gentile concessione della CSUSB

Il design finale, sviluppato in Autodesk Fusion, presenta una zona di sollievo a forma di ciambella che crea uno spazio aperto sull'area interessata e una struttura a ponte rialzata che reindirizza le forze esterne verso il tessuto circostante. Come passo successivo, gli studenti hanno identificato nel TPU espanso il materiale ideale per aggiungere ulteriore protezione agli impatti e migliorare la durabilità.

Dispositivo per arrampicata con arto residuo

Infine, in uno dei loro progetti più creativi, gli studenti hanno progettato un ausilio per l'arrampicata, accessibile dal punto di vista economico e pensato specificamente per questa attività, destinato a un volontario con arto superiore residuo. Il volontario aveva in precedenza rimediato modificando uno stivale per cani per ottenere trazione. Il team si è posto l'obiettivo di sviluppare qualcosa di più adatto allo scopo, con un dispositivo a forma di gancio per afferrare piccole fessure e superfici di arrampicata.

Uno screenshot del dispositivo assistivo per l'arrampicata realizzato dagli studenti. Immagine per gentile concessione della CSUSB

Sono stati applicati tatuaggi temporanei per migliorare l'accuratezza del tracciamento e della ricostruzione, poi i dati sono stati elaborati in Artec Studio Lite. In Meshmixer, l'area di contatto tra polso e arto è stata separata, sono stati creati offset e aggiunto un gancio a forma di dito per una migliore presa sulla parete. Stampato in PETG, il dispositivo finale dimostra con quale facilità le protesi possano essere personalizzate per attività o hobby diversi.

Pronto per l'apprendimento immersivo

L'approccio pratico di Cameron alla progettazione digitale ha spinto gli studenti ad andare oltre la semplice esposizione passiva alle nuove tecnologie, sviluppando competenze reali di problem-solving. Nel corso del semestre hanno imparato a ottimizzare le condizioni di laboratorio, il posizionamento del soggetto, la marcatura delle superfici e la referenziazione in scala, tutte competenze che potrebbero tornare utili nell'analisi fisiologica del futuro.

Nel processo di sviluppo di queste nuove competenze, gli studenti non solo hanno progettato dispositivi medici con applicazioni reali usando la stampa 3D (un'altra tecnologia in rapida crescita in ambito medico) ma hanno anche dimostrato il potenziale del software di fotogrammetria come Artec Studio Lite quale strumento a basso costo per portare tecnologie avanzate e pronte per l'industria all'interno delle aule universitarie.

"Ciò che si è sviluppato nel semestre primaverile del 2026 è stato qualcosa di genuinamente raro: una confluenza di curiosità, creatività e collaborazione che ha trasformato una lezione di un'ora, due volte a settimana, in molto più di un corso: è diventata un'esperienza condivisa", ha aggiunto Cameron.

"In quei momenti, il confine tra insegnamento e ispirazione si è dissolto completamente, e ciò che è rimasto è stata la sensazione inconfondibile di costruire qualcosa di significativo insieme: un futuro più luminoso, uno studente alla volta."