Valutazione ergonomica del sistema per dormire Hypnos
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Specialisti in Ergonomia & Dipartimento di Bioingegneria
User-centered Design Politecnico di Milano
Valutazione ergonomica del sistema per dormire
Hypnos
Risorse Srl
Risultati della fase 1.
Valutazione posturale in laboratorio
Novembre 2007
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INTRODUZIONE
L’INTERFACCIA PERSONA-LETTO
Lungo tutta la sua vita l’essere umano è a contatto quasi costante con 3 principali
artefatti che lo aiutano ad interfacciarsi nei migliori dei modi con il terreno e sono:
- Le scarpe che porta ai piedi e che lo proteggono, gli permettono maggiore stabilità,
gli permettono di svolgere attività diverse in luoghi e condizioni diverse;
- La sedia/poltrona sulla quale si colloca il corpo per riposarsi, per svolgere attività e
compiti diversi in luoghi e condizioni diverse;
- Il letto sul quale si adagia principalmente per riposarsi e dormire.
Le sedie ed il letto possono essere definiti delle macchine anti gravità in quanto
sono gli artefatti che maggiormente influenzano le posture che verranno assunte dal
corpo fornendo sostegno e supporto. Questo riguarda anche le scarpe anche se in
maniera leggermente inferiore. La qualità del vissuto della persona dipenderà non
solo dagli aspetti fondamentali come la stabilità, il sostegno e il supporto che si
tradurrà in confort posturale, ma anche quelli legati al confort soggettivo che
comprende il senso di accoglimento, gli aspetti percettivi e sensoriali e anche il
giudizio globale di benessere percepito. Questi aspetti sono fortemente influenzati
dalla qualità progettuale e tecnica del prodotto scarpa, sedia e letto usato.
Requisiti Utenti (persona)
Confort, Sostegno, Supporto,Circolazione,
Esperienza
(Interazione)
Soddisfazione
Accoglimento
Tranquillità
Fiducia
Riposo
Requisiti Prestazionali (prodotto)
Benessere Fisico e Psicologico
Figura 1. Schema dell’interazione persona-letto.
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Il livello di prestazione finale fornito dal prodotto sarà quindi più o meno elevato in
base alla qualità progettuale e la qualità dei materiali utilizzati per creare il
prodotto.
Non c’è da stupirsi quindi sull’importanza che sin ora è stata accordata alla
progettazione e fabbricazione di questi artefatti se non altro per diffusa richiesta di
acquisto sul mercato. Se per le scarpe e per le sedie/poltrone si possono accettare
spesso e volentieri una forte componente estetica e di moda – a scapito di confort e
benessere – (scarpa con tacchi molto alti, sedia spigolosa o di metallo, ma spesso
per periodi brevi) non è affatto il caso per quanto riguarda il sistema letto.
Diventa quindi fondamentale proporre e promuovere un prodotto letto ed
informazioni relative ad esse che fornisca prestazioni corrette per raggiungere una
elevata qualità di benessere.
Il presupposto di questo progetto di valutazione ergonomica si basa sul principio
che quando l’essere umano non si trova a suo agio dal punto di vista posturale,
circolatorio e termico reagisce in modo sia consapevole che inconsapevole
modificando la posizione del suo corpo sino a raggiungere una condizione
accettabile. Vice versa quando si trova a suo agio è meno “agitato” e tende a
rimanere più a lungo nello stato scelto. Rimane comunque il fatto che il corpo
umano ha bisogno di muoversi e che quindi i cambiamenti posturali sono
necessari per mantenere il corpo sano e funzionale.
Proponiamo quindi in questo progetto di valutazione ergonomica di verificare il
confort/disconfort del sistema letto basandoci sulla frequenza dei cambiamenti
posturali duranti periodi lunghi di utilizzo del prodotto letto e sulla valutazione
soggettiva per ottenere un giudizio globale di percezione di benessere ottenuto.
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RAZIONALE DELLO STUDIO
L’ergonomia ha come oggetto di intervento il benessere dell’individuo, la prevenzione
degli incidenti e la protezione dell’ambiente; applicando tale concetti al
prodotto/sistema materasso possiamo prendere in considerazione i seguenti aspetti:
comfort funzionale durante il riposo, con particolare riferimento al sonno; comfort
dimensionale; comfort termico; aspetti igienici; smaltimento dei materassi usati;
manipolazione e immagazzinamento.
L’indagine bibliografica e le informazioni acquisite sulla base delle numerose e
diversificate esperienze di produttori e distributori dei materassi, indicano
unanimemente, come più direttamente correlati al benessere dell’individuo,
l’adeguamento della sua forma al profilo del corpo nelle diverse posizioni che esso può
assumere, l’isolamento termico rispetto alla superficie di appoggio, le dimensioni
(lunghezza e larghezza). Scarsi sono invece i riferimenti ai temi dell’igiene, dello
smaltimento dei materassi usati e a quello dell’immagazzinamento e manipolazione.
La letteratura scientifica, pur indicando nella deformabilità, nelle dimensioni e
nell’isolamento termico le variabili più rilevanti per determinare la qualità ergonomica
del materasso, non fornisce né riferimenti numerici per l’applicazione pratica di tali
criteri, né tecniche di misura dei parametri di deformabilità del materasso o del suo
comportamento nei riguardi dell’equilibrio termico dell’organismo umano. Sono inoltre
assenti proposte di misure di lunghezza e larghezza fondate sui dati antropometrici
delle diverse popolazioni e sulle posizioni assunte dal corpo durante il riposo.
Il comfort durante il sonno: il massimo comfort si realizza quando, sdraiati sul letto, la
colonna vertebrale è opportunamente sostenuta in modo da mantenere la sua
conformazione.
È quindi necessario partire da una ipotesi di definizione di comfort durante il sonno: il
massimo comfort si realizza quando, sdraiati sul letto, la colonna vertebrale è
opportunamente sostenuta in modo da mantenere la sua conformazione. Tale ausilio
deve infatti opporsi all’azione della gravità che, differentemente da quando siamo in
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piedi, si trova ad agire perpendicolarmente sulla colonna vertebrale e tende quindi a
raddrizzarla.
Tale azione è esaltata dal completo rilasciamento della muscolatura - atonia - durante
la fase REM (Rapid Eye Movement) del sonno, la parte del sonno obbligatoriamente
dedicata ai sogni.
In posizione sdraiata su un piano rigido la colonna vertebrale tende ad essere
deformata dalla gravità per assumere una conformazione tendenzialmente distesa.
Per la salvaguardia della salute e per l’ottenimento del comfort, il materasso deve
contribuire a mantenere la conformazione sinusoidale della colonna vertebrale.
Soprattutto la lordosi lombare può essere preservata solo dal materasso; al
mantenimento della cifosi collabora anche il cuscino.
Un altro fattore di comfort concerne le pressioni di contatto all’interfaccia uomo-
materasso. Quando tale pressioni esterne superano la pressione “interna” del sangue
all’interno dei capillari, questi tendono ad occludersi con conseguente interruzione
dell’irrorazione dei tessuti adiacenti.
Cio’ può provocare l’insorgenza di formicolii o comunque dolori che fanno sì che il
soggetto tenda a cambiare postura in modo da ripristinare la corretta fisiologia dei
tessuti. Da questo punto di vista assumono rilevanza ergonomica i cambiamenti di
postura durante il sonno.
La valutazione oggetto della presente ricerca si propone di analizzare proprio i suddetti
aspetti del prodotto grazie ad un set di misure ottenute con sensori miniaturizzati e non
intrusivi (ovvero che permettono un processo di misura “trasparente”, inconsapevole
per il soggetto che partecipa alla sperimentazione) che permettono un’analisi nelle
condizioni più reali di uso del sistema rete-materasso-cuscino (sistema letto).
In particolare si può asserire che aspetti ergonomico-biomeccanici di primario interesse
siano proprio le posture assunte e loro modificazioni, ovvero date alcune posizioni di
riferimento (prona supina, di lato, …) effettuare una analisi con tecniche video-
fotogrammetriche delle modificazioni introdotte dalla rete a doghe+materasso sulle
precedenti posture e rispetto ad altre soluzioni più standard.
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SET-UP SPERIMENTALE
STRUMENTAZIONE
Per effettuare le misurazioni si è scelto di utilizzare uno strumento qualitativo di ripresa
video ed uno strumento di acquisizione quantitativo optoelettronico. Entrambi i
dispositivi sono stati collegati ad un personal computer fisso con processore Intel Core
2 Duo a 2.4 GHz per l’elaborazione successiva dei dati.Vengono qui riportate le
specifiche tecniche dei due strumenti:
1. Sistema di acquisizione video: Webcam
Il sistema di acquisizione per l’analisi posturale qualitativa è composto da una web
camera a 1.3 MPixel dotata di Interfaccia USB 2.0 prodotta da SilverCrest. Tale
strumento è stato utilizzato considerando le specifiche tecniche fornite dal produttore e
qui riportate:
− Risoluzione dell’immagine: 1280 x 960 VGA
− Modalità Video: 640 x 480 (VGA) a 30 fotogrammi/secondo (max)
− Sensore Immagini: 1/4 >> CMOS
− Specifiche dell’obiettivo: 3.6 mm/ 6 mm – angolo di visualizzazione: 30°
− Distanza focale: da 3 cm
− Profondità del colore: 24 bit, CCIR656
− Rapporto segnale-disturbo: 42 db
Si è scelto di utilizzare il sistema di acquisizione in modalità video impostando la
frequenza di campionamento a 1 Hz. Tale scelta è giustificata dall’interesse posturale
in situazione di regime durante il sonno e non dai transitori tra le differenti posture.
La Videocamera è stata posizionata su un supporto fisso a 2,5 metri dal suolo.
2. Sistema di acquisizione optoelettronico:
Il sistema di acquisizione per l’analisi quantitativa è un sistema commerciale 3D Tele
Motion Tracking (3D-TMT) Il sistema è composto da un apparecchio di visione dotato
di due telecamere, un supporto telescopico e un treppiede. Il 3D-TMT acquisisce le
immagini di marcatori passivi con superficie catarifrangente ed illuminati in modo
intermittente con luce infrarossa (IR).
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Le telecamere sono dotate di ottiche di 6 mm.
- Campo di ripresa: altezza pari a 2 metri e superficie di circa 150 x 215 cm.
- Software di acquisizione: 3DTMT-Motion; questo software permette l’ acquisizione
dei dati e la definizione dei parametri di acquisizione.
- Volume di lavoro
I markers utilizzati hanno dimensioni di 15 mm; pertanto la massima distanza di
visibilità dello strumento di acquisizione è intorno ai 5 m.
La risoluzione dello strumento impostata per lo studio specifico è di 800x1000 pixel
Le dimensioni del volume di lavoro sono: altezza = 2,15 m, larghezza = 1,50 m
Per la valutazione dell’accuratezza dello strumento sono state eseguite prove statiche di
misurazione di distanze note tra marcatori posizionati su una barra rigida, statica, posta
a 100 cm da terra in corrispondenza della quota cui è posto il soggetto durante le
prove. Essendo 15 cm la distanza nota tra i marcatori, si riportano i valori medi misurati
durante le prove di acquisizione statica con relativa deviazione standard. Viene
soddisfatto il criterio per cui il valore di accuratezza è accettato se la deviazione
standard delle misurazioni è inferiore a 1/100 del valore medio corrispondente.
Figura 2. Sistema di acquisizione video Webcam e di acquisizione optoelettronico
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Figura 3. Posizione dei markers
L’analisi dei dati relativi alle posizioni dei markers è stata effettuata mediante un
specifico software implementato in Matlab presso il Politecnico di Milano.
SOGGETTI
Nella fase di analisi 4 soggetti hanno partecipato allo studio:
Tabella 1. I soggetti della prova
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PROTOCOLLO
L’implementazione di questo protocollo ha lo scopo di evidenziare le variazioni
posturali del soggetto durante la prova.
Il protocollo consiste nella rilevazione posturale, di 4 (quattro) soggetti fra i 25 e i 45
anni, per un tempo di acquisizione di 3 ore, in due condizioni, definite da un differente
sistema letto:
1. Condizione A: rete standard, materasso standard, cuscino standard;
2. Condizione B: rete prova, materasso prova, cuscino prova;
I soggetti sono rimasti ad occhi chiusi, utilizzando una mascherina, e per evitare
distrazioni esterne, hanno utilizzato un lettore MP3, per tutto il tempo di acquisizione.
Prima dell’inizio della prova si assicurino le condizioni ideali per lo svolgimento
ottimale dell’acquisizione, ossia che il soggetto possa dormire, con una temperatura
adeguata e senza l’intervento di input esterni. La prova inizierà dopo lo start
dell’operatore e finirà dopo 3 ore allo stop dell’operatore, il quale sveglierà il soggetto
dopo aver spento la strumentazione.
E’ stata definita una posizione iniziale di riferimento (Postura 1):
− soggetto sdraiato;
− braccia parallele al tronco ed appoggiate al materasso, e con il dorso delle mani
verso l’alto;
− gambe tese e parallele;
Al soggetto vengono applicati 15 markers anatomici e tecnici, sferici o emisferici, per
rilevazione tramite sistema optoelettronico. Il protocollo di posizionamento dei
marcatori sul soggetto è stato appositamente definito per queste prove di postura
sdraiata. Vi sono sostanzialmente due ragioni per cui è stata operata questa scelta.
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La prima è di carattere concettuale; è stato scelto un numero di marcatori tale da
garantire la completezza dell’informazione nella transizione posturale, ed il
posizionamento dei marcatori su soggetto tale da poter ottenere una descrizione
esaustiva dei distretti anatomici interessati nell’esperimento.
La seconda ragione è di carattere tecnico: la non invasività nel posizionamento dei
markers mantenendo però le ipotesi concettuali iniziali, è fondamentale per rendere il
più naturale possibile la prova, e la scelta dell’utilizzo di un marker anatomico o
tecnico dipende essenzialmente da questo oltre che dalla prospettiva con la quale
viene osservato dalle telecamere.
Tabella 2. Posizione dettagliata dei markers. Figura 4. Markers posizionati sul corpo
10/25POSTURE DI RIFERIMENTO
Dall’analisi video e con i sistemi di analisi del movimento, vengono riconosciute 6
posture di riferimento:
1. Supino (postura iniziale di riferimento);
2. Prono (pancia in giù);
3. Sdraiato sul lato destro con gambe flesse;
4. Sdraiato sul lato sinistro con gambe flesse;
5. Sdraiato sul lato destro con gambe tese;
6. Sdraiato sul lato sinistro con gambe tese.
Figura 5. Posture di riferimento durante il sonno.
11/25Figura 6. Schema illustrante le posture di riferimento durante il sonno.
12/25RISULTATI ATTIVITÀ SCIENTIFICO-SPERIMENTALI DELL’ANALISI DI SISTEMI LETTO
VALUTAZIONE DI DUE MATERASSI A CONFRONTO
Il metodo ed il razionale adottato è quello delle prove comparative, cioè della
valutazione relativa del prodotto di cui si vuole la valutazione rispetto a prodotti e
situazioni paradigmatiche e/o di riferimento.
Sistema Standard
In questo caso lo standard di riferimento adottato è un sistema letto costituito rete a
doghe singole larghe e materasso a molle tradizionale con cuscino.
Figura 7. Il sistema rete, materasso e guanciale chiamato Sistema Standard
Sistema Hypnos
Il sistema della prova è costituito da rete a doghe articolate, materasso di latex e
cuscino.
Figura 8. Il sistema rete, materasso e guanciale chiamato Sistema Hypnos
13/25DESCRIZIONE DELLE MISURE OTTENUTE
I risultati ottenuti si sintetizzano nei seguenti diagrammi per ciascun soggetto.
Figura 9. Diagramma delle posture assunte distribuiti sull’intero arco della prova
Figura 10. Rappresentazione delle varie posture assunte dal soggetto 1 durante la prova
14/25RISULTATI SOGGETTO 1
Figura 11. Risultati della prova del soggetto 1
15/25Il soggetto 1 adotta in via preferenziale le posture 3 e 4 (tra loro simmetriche e che
prevedono una posizione lateralizzata con gambe in posizione flessa.)
Il sistema letto standard produce diversi cambiamenti posturali nell’arco della prova,
segno di insorgenza di discomfort nel soggetto. Tali cambiamenti sono di ridotta durata
e ad intervalli piuttosto regolari e costanti. Il soggetto adotta tutte le posture classificate
tranne quella prona. La distribuzione percentuale delle posture, come di evince dal
grafico a torta, rappresenta questa situazione: il 50% del tempo è occupato dalla
postura 4, il 25 % dalla postura 3, mentre il restante 35 è suddiviso tra le posizioni 1, 6,
e 5 in ordine descrescente.
Il sistema Hypnos invece consente al soggetto un prolungato mantenimento delle
posture preferenziali, in particolare la posizione 3. Ciò è attribuibile ad un buon
comfort biomeccanico. I cambiamenti di postura sono in numero assai ridotto così
come di breve durata. La distribuzione percentuale delle posture, come di evince dal
grafico a torta, rappresenta questa situazione: il 70% del tempo è occupato dalla
postura 3, il 25 % dalla postura 4, mentre il restante 5% è suddiviso tra le posizioni 1, e
5 in ordine descrescente.
16/25RISULTATI SOGGETTO 2
Figura 12. IRisultati della prova del soggetto 2
17/25Il soggetto 2 adotta in via preferenziale la postura 1; in alternativa assume quelle 3 e 4
(tra loro simmetriche e che prevedono una posizione lateralizzata con gambe in
posizione flessa).
Il sistema letto standard produce cambiamenti posturali nell’arco della prova in numero
maggiore rispetto a quelli del sistema Hypnos; si ricorda che questo aspetto è
probabilmente imputabile alla insorgenza di discomfort nel soggetto. Tali cambiamenti
sono di ridotta durata e ad intervalli piuttosto regolari e costanti nella fase terminale del
test. Il soggetto adotta poche posture: la supina classica o quella lateralizzata con
gambe flesse.
Il sistema Hypnos consente al soggetto un più prolungato mantenimento delle posture
preferenziali, in particolare la posizione 1 e 3. Ciò è attribuibile ad un maggior comfort
biomeccanico.
In entrambi i casi cambiamenti di postura sono in numero assai ridotto così come di
breve durata. La distribuzione percentuale delle posture, in entrambe le situazioni,
rappresenta questa situazione: il 75% - 80% del tempo è occupato dalla postura 1, il
restante 25 -20 % dalle posture 3 e 4.
18/25RISULTATI SOGGETTO 3
Figura 13. Risultati della prova del soggetto 3
19/25Il soggetto 3 adotta in via preferenziale la postura 1; in alternativa assume quelle e 3 e 4
(tra loro simmetriche e che prevedono una posizione lateralizzata con gambe in
posizione flessa).
Il sistema letto standard produce cambiamenti posturali nell’arco della prova in numero
leggermente maggiore rispetto a quelli del sistema Hypnos.. Tali cambiamenti sono di
ridotta durata e ad intervalli piuttosto regolari e costanti nella fase terminale del test. Il
soggetto adotta poche posture: la supina classica o quella lateralizzata con gambe
flesse.
Il nuovo sistema letto sembra consentire al soggetto un più prolungato mantenimento
delle posture preferenziali, in particolare la posizione 1 e 3. Ciò può essere attribuibile
ad un possibile maggior comfort biomeccanico.
In entrambi i casi cambiamenti di postura sono in numero assai ridotto e di durata
media (alcune decine di minuti).
La distribuzione percentuale delle posture, in entrambe le situazioni, rappresenta
questa situazione: il 60% (per il sistema standard) o l’80% (per il sistema in prova) del
tempo è occupato dalla postura 1, il restante 25 -20 % dalle posture 3 e 4 (per il
sistema standard) o il restante 20 % dalla postura 3 (per il sistema in prova).
20/25RISULTATI SOGGETTO 4
Figura 14. Risultati della prova del soggetto 4
21/25Il soggetto 4 è il solo soggetto che adotta la postura prona quale confortevole allo
stesso livello di quelle 1, 3 e 4.
Il sistema letto standard produce un maggior numero di cambiamenti posturali nell’arco
della prova rispetto a quelli del sistema in prova; si ricorda che questo aspetto è
imputabile alla insorgenza di discomfort nel soggetto.
Il sistema Hypnos sembra consentire al soggetto un più prolungato mantenimento delle
posture preferenziali, in particolare la posizione 2 e 3.
In entrambi i casi le posture sono mantenute per alcune decine di minuti.
Nel sistema standard è presente una distribuzione equiripartita attorno al 37% per le
posture 1,3 e 4 con il rimanente 18-20% per la postura 2 (prona); nel sistema Hypnos
la postura prona caratterizza la maggior parte del tempo del test (50%) con il 35% per
la postura 3 e il 15 % per la posizione 1 (supina classica) all’inizio del test.
22/25DISCUSSIONE DEI DATI E CONCLUSIONI
PRIMA FASE DELLA RICERCA
L’indagine della presente fase di ricerca ha lo scopo di valutare quantitativamente e in
senso relativo due sistemi letto di differente composizione.
Il criterio di valutazione adottato è basato sul punto di vista biomeccanico-posturale
del comfort e nella fattispecie il razionale del protocollo sperimentale si base sul
mantenimento della postura quale indice di comfort.
Ciò è relativo al fatto che eventuali formicolii/dolori/sensazioni di fastidio che postano
al cambiamento di posizione assunta derivano da fenomeni fisici e biomeccanici
all’interno del corpo umano o alla sua interfaccia con il sistema letto: un non adeguato
comportamento di quest’ultimo può portare alla problematica di cui sopra.
Dai dati rilevati, sul ridotto campione di soggetti, si evince un migliore
comportamento del sistema letto HYPNOS rispetto ad un sistema letto standard di
media qualità.
In particolare, per tutti i soggetti si riscontra che il sistema letto standard produce
cambiamenti posturali nell’arco della prova in numero maggiore rispetto a quelli del
sistema Hypnos. Tali cambiamenti sono in genere di ridotta durata e ad intervalli
piuttosto regolari e costanti nella fase terminale del test.
La maggior parte dei soggetti adottano poche posture: la supina classica o quella
lateralizzata con gambe flesse; solo il soggetto nr. 4 adotta quella prona.
In tutti i soggetti, il sistema Hypnos consente un mantenimento più prolungato delle
posture preferenziali, dell’ordine delle decine di minuti e più. Ciò è attribuibile ad un
buon comfort biomeccanico.
In conclusione, per i criteri che si sono adottati in questo studio e relativamente al
comfort biomeccanico-posturale:
Il sistema Hypnos consente al soggetto un più prolungato
mantenimento delle posture preferenziali e un minore numero di cambiamenti
posturali.
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Lina Bonapace Eur. Erg.
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Milano, novembre 2007
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