Unlocking the potential of a new inertial sensor: advancements in movement analysis and functional assessment

Inertial Measurement Units (IMUs) have revolutionized human movement analysis across various fields, from sports performance evaluation to clinical rehabilitation. The introduction of the Microgate GykoPro inertial sensor represents a significant advancement compared to its predecessor, the Gyko sensor, addressing market demands with its reduced dimensions and onboard functionality. This study aimed to develop and validate new processing algorithms for onboard implementation, enhancing the sensor’s usability and portability. The integration of an onboard Madgwick sensor fusion filter optimized algorithms performance. Furthermore, the quality and consistency of angle and position reconstructions were evaluated against a gold standard represented by the Doosan M1013 collaborative robot (Cobot). Algorithms for Range of Motion (ROM), Movement fluidity, Sway and Muscle Force and Power analyses were successfully developed and used to acquire meaningful metrics on a population sample. On the 14 subjects analyzed, significant differences in ROM and fluidity were observed between left and right sides during knee flexion-extension, shoulder flexion, extension and abduction-adduction demonstrating the algorithm’s ability of detecting such differences. The obtained ROM values were consistent with those reported in literature. Postural sway analysis highlighted the importance of visual feedback in maintaining stability and revealed differences across right and left monopodal support. An innovative exploration was also conducted on 2 subjects by combining IMU output data with surface electromyography (sEMG) data to assess muscle fatigue, during the bench press and barbell squat exercises. This analysis was based on searching for potential correlations between maximum concentric velocity and parameters computed on the sEMG. However further investigations on larger number of subjects are needed to obtain more solid and robust results. In conclusion, this study provides valuable insights into the optimization of GykoPro inertial sensor processing and novel applications, offering a useful starting point for future developments and research in movement analysis and fatigue assessment.

Le Unità di Misura Inerziali (IMU) hanno rivoluzionato l’analisi del movimento umano in vari settori, dalla valutazione della performance sportiva alla riabilitazione clinica. L’introduzione del sensore inerziale Microgate GykoPro rappresenta un significativo progresso rispetto al suo predecessore Gyko, con dimensioni ridotte e funzionalità onboard. Lo studio ha sviluppato e validato nuovi algoritmi di elaborazione per l’implementazione onboard, migliorando portabilità e facilità d’uso del sensore. L’integrazione onboard di un filtro di sensor fusion Madgwick ha ottimizzato le prestazioni degli algoritmi. La qualità e la coerenza delle ricostruzioni di angoli e posizioni sono state valutate rispetto a uno standard di riferimento rappresentato dal robot collaborativo (Cobot) Doosan M1013. Gli algoritmi per l’analisi del Range di movimento (ROM), fluidità del movimento, oscillazioni posturali, forza e potenza sono stati sviluppati e usati in diverse acquisizioni su un campione di soggetti. Durante i movimenti di flesso-estensione del ginocchio, flessione, estensione e abduzione-adduzione della spalla, sono state osservate differenze significative nel ROM e nella fluidità tra lato sinistro e destro nei 14 soggetti analizzati. I valori di ROM ottenuti sono coerenti con quelli riportati in letteratura. L’analisi posturale ha evidenziato l’importanza del feedback visivo nel mantenere la stabilità e ha rivelato differenze tra i casi di supporto monopodalico. Una ricerca innovativa condotta su 2 soggetti ha combinato i dati provenienti dalla IMU con quelli dell’elettromiografia di superficie (sEMG) per valutare la fatica muscolare durante gli esercizi di panca piana e squat. L’analisi si concentra sulla ricerca di possibili correlazioni tra la massima velocità concentrica e i parametri calcolati sulla sEMG. Tuttavia, per ottenere risultati più robusti, sono necessarie ulteriori indagini su un numero maggiore soggetti. In conclusione, questo studio fornisce preziose informazioni sull’ottimizzazione del sensore GykoPro e sulle sue nuove applicazioni, rappresentando un punto di partenza per sviluppi futuri e ricerche nell’analisi del movimento e nella valutazione della fatica.