• Compliance polmonare
• Granular jamming
• Simulatore polmonare neonatale
• Simulazione ad alta fedeltà

Il presente lavoro di tesi si colloca nel campo di ricerca della simulazione in ambito medico e ha lo scopo di realizzare un simulatore polmonare neonatale a compliance variabile, sfruttando il principio fisico del granular jamming. Il simulatore è costituito da cinque compartimenti indipendenti, che riproducono i tre lobi del polmone destro e i due lobi del polmone sinistro, connessi ad un circuito di tubi in silicone, che simula la resistenza al flusso aereo esercitata dalle vie respiratorie neonatali. In ingresso a ciascun lobo è inoltre posizionato un sensore di pressione, al fine di monitorarne la pressione interna nel corso della simulazione. L’aspetto innovativo di questo sistema è la possibilità di regolare in modo indipendente la compliance di ogni compartimento, utilizzando il granular jamming come metodo di variazione della rigidezza di ciascun lobo polmonare. Il granular jamming è un principio fisico secondo cui nei materiali granulari avviene un aumento di rigidezza in seguito ad una variazione di variabili termodinamiche, come temperatura e densità, o di variabili meccaniche, come lo stress. Tale fenomeno provoca una transizione di fase che comporta il passaggio dallo stato fluido allo stato solido. Nello specifico di questo lavoro di tesi, la transizione di fase per effetto del granular jamming viene indotta dall’applicazione del vuoto nella struttura granulare. La parete di ciascun lobo polmonare è stata progettata al fine di contenere del materiale granulare. Applicando il vuoto nella struttura granulare della parete di ciascun lobo, è possibile variarne la rigidezza e quindi la compliance polmonare, che è definita come il rapporto tra il gradiente volumetrico e il gradiente pressorio. Per garantire un controllo sulla rigidezza del lobo è necessario regolare il livello di vuoto attraverso un sistema di modulazione del vuoto interposto tra la pompa e i lobi polmonari e costituito da dei regolatori di vuoto. Per favorire l’utilizzo del simulatore nei corsi di formazione e training del personale medico, è stata implementata in LabVIEW un interfaccia semplice e intuitiva, dalla quale è possibile impostare i vari parametri della simulazione. Il simulatore identifica, quindi, uno strumento di supporto al personale clinico, per approfondire l’interazione tra il neonato e il ventilatore, e in particolare le dinamiche di adattamento del ventilatore meccanico alle variazioni di compliance polmonare totale. Il presente lavoro di tesi ha validato la possibilità di applicare il principio fisico del granular jamming come metodo di variazione della rigidezza di un simulatore polmonare, dando vita ad un sistema innovativo di regolazione della compliance polmonare neonatale.