A wearable system for real time physiological parameters monitoring during cycling

Cycling is one of the most popular sports among enthusiasts and not for its great health benefits and pleasure of traveling on two wheels. It can be considered as a recreational/transport activity for everyone but also presents many professional athletes that compete in races worldwide. Cycling is a demanding sport; for this reason, it is important to have monitored the effort by measuring vital and kinematic parameters, both to allow an improvement of performance during training and to monitor health status during races. Today in sport like cycling, the continuous monitoring is obtained by using the wearable technology; however, the currently devices available on market are more concentrated in performance related information, and few provides adequate information about health status. Then, usually those data are available only for the user; conversely, in professional cycling could be of large interest to provide real time information also to trainers, to have a better understanding of the athlete’s behaviour and improve training techniques. This thesis project proposes to develop a new idea of wearable technology, able to include the measure of vital parameters relative to cardiac and respiratory field, jointly with physical and kinematics information. In addition, a wireless communication will be implemented to permit the data visualization. The wearable is in the form of a sensorized base-layer shirt, monitoring physics and physiological parameters without any constraint in terms of accuracy of the data and wearability. The device includes electronics needed for sensor measuring, and for wireless data communication with common market available standards. Preliminary studies have shown the potentialities in the measuring of heart rhythm and respiratory activities, but some limitations have been observed due to different physical characteristic of the subjects. Therefore, further studies and developments are necessary, but test and preliminary validation confirm that the proposed prototype could be the base for a commercial product.

Il ciclismo è uno degli sport più praticati dagli appassionati, non solo per il suo grande effetto positivo sulla salute ma anche per il piacere nel viaggiare su due ruote. Può essere considerata un'attività ricreativa/di trasporto per tutti, ma presenta anche un gran numero di atleti professionisti che gareggiano in gare in tutto il mondo. Il ciclismo è uno sport impegnativo; per questo è importante avere un continuo monitoraggio dello sforzo, misurando parametri vitali e cinematici, sia per consentire un miglioramento della performance durante gli allenamenti sia per monitorare lo stato di salute durante le gare. Oggi, negli sport come il ciclismo, il monitoraggio continuo è ottenuto utilizzando la tecnologia” wearable”, ma i dispositivi attualmente disponibili sul mercato sono più concentrati nella raccolta di informazioni relative alle prestazioni e pochi forniscono informazioni adeguate sullo stato di salute dell’atleta. Inoltre, di solito quei dati sono disponibili solo per l'utente; viceversa, nel ciclismo professionistico potrebbe essere di grande interesse fornire informazioni in tempo reale anche agli allenatori, per avere una migliore comprensione del comportamento dell'atleta e migliorare le tecniche di allenamento. Questo progetto di tesi si propone di sviluppare una nuova idea di tecnologia indossabile, in grado di includere la misura di parametri vitali relativi all’ambito cardiaco e respiratorio, unitamente a informazioni fisiche e cinematiche. Inoltre, verrà implementata una comunicazione wireless per consentire la visualizzazione dei dati. Il dispositivo indossabile si presenta sotto forma di una maglia intima sensorizzata, che monitora parametri fisici e fisiologici senza alcun vincolo in termini di accuratezza dei dati e vestibilità. Il dispositivo include l'elettronica necessaria per l’acquisizione dei sensori e anche per la comunicazione dei dati wireless con standard comunemente disponibili sul mercato. Studi preliminari hanno mostrato le potenzialità nella misurazione del ritmo cardiaco e delle attività respiratorie, ma sono state osservate alcune limitazioni dovute alle diverse caratteristiche fisiche dei soggetti. Sono quindi necessari ulteriori studi e sviluppi, ma test e validazioni preliminari confermano che il prototipo proposto potrebbe essere la base per un prodotto commerciale.