Costruito un braccio robotico che si comanda con il respiro: "è come un terzo braccio"
Una nuova soluzione altamente tecnologica è stata realizzata per coloro che hanno perduto le funzioni motorie: si tratta di braccia robotiche progettate dalla neuroingegneria Scopriamo di più.
Il terzo braccio robotico per il recupero delle funzioni motorie
EPFL/Youtube screenshot
Perdere le funzioni sensoriali e motorie in seguito a incidenti, eventi traumatici o problemi neurologici è una condizione che coinvolge diverse persone. Proprio per loro ha lavorato il neuroingegnere Silvestro Micera, presidente della Fondazione Bertarelli in Neuroingegneria traslazionale all'EPFL, Svizzera, e professore di Bioelettronica alla Scuola Superiore Sant'Anna, che per la prima volta ha orientato il suo lavoro verso il miglioramento delle funzioni cognitive e del corpo umano, riuscendo a progettare delle soluzioni tecnologiche e avanzate. Nello studio pubblicato insieme al suo team, ha descritto il metodo per monitorare i movimenti del diaframma per riuscire a usare un terzo braccio robotico addizionato al corpo umano.
Micera ha spiegato: "Questo studio apre nuove ed entusiasmanti opportunità, dimostrando che è possibile controllare ampiamente bracci aggiuntivi e che è possibile il controllo simultaneo con entrambe le braccia naturali." La ricerca è inglobata nel progetto Third-Arma, il cui obiettivo è quello di mettere a disposizione un braccio robotico che possa fornire assistenza nello svolgimento delle attività quotidiane, ma anche in azioni di salvataggio e ricerca. "La motivazione principale di questo controllo del terzo braccio è comprendere il sistema nervoso. Se sfidi il cervello a fare qualcosa di completamente nuovo, puoi scoprire se ha la capacità di farlo e se è possibile facilitare questo apprendimento. Potremo poi trasferire queste conoscenze per sviluppare, ad esempio, dispositivi di assistenza per persone con disabilità o protocolli di riabilitazione dopo un ictus."
Il test del terzo braccio nell'ambiente virtuale
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Il coautore dello studio Solaiman Shokur, scienziato senior dell'EPFL presso il Neuro-X Institute, ha aggiunto: "Vogliamo capire se il nostro cervello è programmato per controllare ciò che la natura ci ha dato e abbiamo dimostrato che può adattarsi per coordinare nuovi arti in tandem con quelli biologici." In sostanza, spiega, si tratta di acquisire nuove funzioni motorie relative al potenziamento, oltre a quelle già esistenti in un individuo, che sia sano o invalido. "Dal punto di vista del sistema nervoso, è un continuum tra riabilitazione e potenziamento."
I ricercatori hanno indagato i potenziali limiti cognitivi del braccio robotico creando un ambiente virtuale, attraverso il quale un individuo sano si è cimentato nella manovra di un braccio virtuale attraverso il controllo del diaframma. Il test ha mostrato che l'uso del diaframma non disturba né impedisce l'uso della parola, dello sguardo o delle braccia fisiche. Nella configurazione virtuale, il soggetto sano è attrezzato con una cintura che rileva il movimento diaframmatico. Tramite un auricolare specifico per la realtà virtuale, può visualizzare l'arto superiore destro, quello sinistro e un terzo braccio centrale con una mano simmetrica composta da sei dita. Questa scelta è stata guidata dalla volontà di evitare un orientamento preferenziale verso la mano sinistra o quella destra.
A questo punto, al partecipante è stato chiesto di allungare le mani virtuali usando quelle corrispondenti, compresa la mano simmetrica. Tramite un esoscheletro sorretto con entrambe le braccia fisiche, l'utente può manovrare le braccia virtuali destra e sinistra, mentre la cintura allacciata intorno al diaframma rileva il movimento del braccio simmetrico centrale. Queste configurazioni di prova sono state eseguite con 61 soggetti diversi in più di 150 sedute diverse.
Il braccio robotico controllato con la respirazione è semplice e intuitivo
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Il controllo del diaframma per muovere il terzo braccio è risultato molto intuitivo. I partecipanti hanno imparato a controllarlo molto rapidamente. Successivamente, i ricercatori hanno anche messo alla prova il controllo del diaframma con un braccio robotico reale, composto da una semplice asta che si estende nel momento in cui la persona contrae il diaframma. Un altro esperimento, in linea con quello virtuale, ha previsto di spostare il mouse posizionandolo sopra dei cerchi con la mano destra, sinistra e il braccio robotico.
Sebbene la ricerca non citi l'ulteriore esperimento, è stata indagata anche la possibilità di sfruttare i muscoli vestigiali dell'orecchio nello svolgimento di azioni semplici. Alla persona vengono applicati dei sensori auricolari e, allenandosi a usare i movimenti sottili di questi muscoli, può provare a dirigere il mouse nella direzione desiderata. Shokur ha chiarito che "Gli utenti potrebbero potenzialmente utilizzare questi muscoli dell'orecchio per controllare un arto in più." Micera ha spiegato quale sarà l'obiettivo futuro: "Il nostro prossimo passo è esplorare l'uso di dispositivi robotici più complessi utilizzando le nostre varie strategie di controllo, per eseguire compiti nella vita reale, sia all'interno che all'esterno del laboratorio. Solo allora potremo cogliere il reale potenziale di questo approccio."
Non resta che attendere gli ulteriori sviluppi delle strategie di controllo sensomotorio e delle interfacce uomo-macchina sempre più risolutive e innovative.
