Design and development of an interactive wearable system for proprioceptive training through real-time movement sonification

Contemporary neuromotor rehabilitation faces a critical challenge between clinical effectiveness, based on repetitive movements, and the progressive decline in patient compliance. Although proprioception is the cornerstone of functional recovery, traditional biofeedback systems are often inaccessible outside clinical settings due to high costs and logistical constraints. This research, born from a co-design approach, responds to the needs of patients who experience a loss of sensory awareness despite intact motor control. The thesis proposes the democratization of home rehabilitation through a low-cost wearable device that uses movement sonification to provide immediate quantitative feedback, transforming kinematics into a corrective auditory experience. The system architecture integrates design and engineering to ensure robustness and precision. The technological core employs high-precision inertial sensors (IMUs) and advanced sensor fusion algorithms to ensure signal quality during prolonged sessions. Data flow is managed wirelessly through a web app that acts as a control interface and bridge to sound synthesis engines for mapping kinematic parameters. The project marks a paradigm shift in rehabilitation therapy: the device evolves from a measurement tool to an active motivational system thanks to Serious Gaming dynamics. At the same time, the wearable design has been carefully crafted to ensure user autonomy in domestic settings. Functional tests have confirmed the achievement of optimal performance metrics and minimal latency, which is essential for the perception of synchrony between motor action and sound stimulus. In conclusion, the thesis demonstrates how the synergy between wearable technology and sound design offers a scalable and customized solution for the tele-rehabilitation of proprioceptive deficits.

La riabilitazione neuro-motoria contemporanea affronta una sfida critica tra l'efficacia clinica, basata sulla ripetitività del gesto, e il progressivo calo della compliance del paziente. Sebbene la propriocezione sia il pilastro del recupero funzionale, i sistemi di biofeedback tradizionali risultano spesso inaccessibili fuori dalle strutture cliniche a causa di costi elevati e vincoli logistici. Questa ricerca, nata da un approccio di Co-Design, risponde alle esigenze di pazienti che presentano una perdita della consapevolezza sensoriale nonostante un controllo motorio intatto. La tesi propone la democratizzazione della riabilitazione domestica tramite un dispositivo indossabile a basso costo che utilizza la sonificazione del movimento per restituire un feedback quantitativo immediato, trasformando la cinematica in un'esperienza uditiva correttiva. L'architettura del sistema integra design e ingegneria per garantire robustezza e precisione. Il cuore tecnologico impiega sensori inerziali (IMU) ad alta precisione e algoritmi di sensor fusion avanzata per garantire la qualità del segnale durante sessioni prolungate. Il flusso dati è gestito via wireless attraverso una Web App che funge da interfaccia di controllo e ponte verso i motori di sintesi sonora per il mapping dei parametri cinematici. Il progetto segna un cambio di paradigma nella terapia riabilitativa: il dispositivo evolve da strumento di misurazione a sistema motivazionale attivo grazie a dinamiche di Serious Gaming. Parallelamente, il design dell'indossabilità è stato curato per garantire l'autonomia dell'utente in contesti domestici. I test funzionali hanno confermato il raggiungimento di metriche prestazionali ottimali e una latenza minima, fondamentale per la percezione della sincronia tra azione motoria e stimolo sonoro. In conclusione, la tesi dimostra come la sinergia tra tecnologia wearable e design sonoro offra una soluzione scalabile e personalizzata per la tele-riabilitazione dei deficit propriocettivi.