Intelligenza artificiale per la mano robotica: parte il progetto per l’interfaccia wireless cervello-macchina-corpo

A cura di Andrea Ballocchi

Combinare neuroscienze, bionica e intelligenza artificiale per la mano robotica è uno degli obiettivi del progetto europeo B-CRATOS, acronimo di “Wireless Brain-Connect inteRfAce TO machineS“, ovvero interfaccia wireless cervello-macchina.

Questo progetto intende portare alla realizzazione della prima piattaforma di comunicazione senza fili nel corpo ad alta velocità, senza batteria, in grado di connettere Cervello-Macchina-Corpo. Significa, in sintesi, che la protesi non sarà più un elemento estraneo del corpo, ma inserito in modo da renderlo quanto più simile all’arto mancante.

Nel caso specifico, si lavora su una mano robotica. L’obiettivo è collegare il sistema nervoso con sistemi di segnalazione per stimolare varie funzioni, innanzitutto protesi, ma non solo. Infatti, l’obiettivo a lungo termine sarà realizzare lo stesso tipo di connessione anche con muscoli e organi interni, ma soprattutto si lavora a migliorare le prestazioni riducendo sempre più l’invasività di elementi artificiali.

Per fare questo B-CRATOS conterà sull’azione sinergica di sette partner provenienti da tutta Europa. Tra questi l’Italia è ben rappresentata: per la parte robotica dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, con il gruppo di Human-Robot Interaction coordinato dal ricercatore Marco Controzzi; la Fondazione LINKS di Torino si occupa, invece di applicare tecniche di intelligenza artificiale per sviluppare sistema di codifica e decodifica dei messaggi provenienti o diretti alla corteccia motoria.

Artificial intelligence, robotica e sensoristica avanzata. Il progetto europeo conterà su un budget di circa 4,5 milioni di euro, all’interno del programma di finanziamento Horizon 2020. Esso fa parte dei progetti finanziati nell’ambito FET – Future and Emerging Technologies, nato per supportare idee ad elevato grado di innovazione. L’idea alla base, che rende il progetto peculiare, è l’impianto wireless, che connette la corteccia senso-motoria alla protesi.

“All’inizio si lavorerà su una trasmissione di potenza all’esterno ma in futuro si lavora per riuscire a trasmettere i dati in modalità senza fili impiegando come conduttore il tessuto adiposo sottocutaneo. L’aspetto più innovativo, quindi, è sfruttare il grasso corporeo, presente in varie aree, evitando così impianti invasivi” spiega Controzzi.

In tema di intelligenza artificiale per la mano robotica, il gruppo della Sant’Anna da lui coordinato si occuperà, in particolare, dello sviluppo e dell’ottimizzazione della protesi della mano sensorizzata. Lavorerà in stretta collaborazione con la Uppsala University, in Svezia, – che svilupperà la pelle sensorizzata – e con la Fondazione LINKS che si occuperà, tra l’altro, del sistema di encoding/decoding.

L’Ateneo pisano vanta una grande tradizione a proposito di arti artificiali, lavorando da tempo in particolare a protesi di mano che permettano di fornire informazioni tattili più naturali ed efficaci.

Intelligenza artificiale per la mano robotica: come entra in gioco l’AI. Parlare di innovazione tecnologica in questo progetto è riduttivo. Lo evidenzia il team della Fondazione LINKS, che ha il compito – in estrema sintesi – di combinare tecniche di intelligenza artificiale per la mano robotica.

Il ruolo principale dell’AI è tradurre i segnali motori del cervello in comandi specifici per la protesi e, viceversa, tradurre i segnali elettrici generati dai sensori tattili e dalla mano stessa, in stimoli per la corteccia cerebrale che siano in grado di riprodurre i processi di propriocezione della mano.

Gli algoritmi che permetteranno la corretta traduzione di questi segnali beneficeranno delle conoscenze acquisite all’interno del consorzio nel campo delle neuroscienze e delle competenze di LINKS nel campo del supercomputing, che consentiranno di addestrare questi algoritmi complessi grazie a dati ottenuti in precedenza da primati, su un’infrastruttura ad altissime prestazioni messa a disposizione da un centro di calcolo in Repubblica Ceca.

Gli scienziati coinvolti nel progetto B-CRATOS lavoreranno, in particolare alla progettazione di una connessione bi-direzionale tra arto bionico e cervello in grado sia di trasmettere con i segnali motori corticali per controllare l’arto robotico, abbattendo il rumore del segnale e riducendo notevolmente la latenza sia di trasmettere le informazioni sensoriali verso la corteccia sensoriale in modo da aumentare la percezione dell’arto bionico come proprio.

Per questo, si prevede di sviluppare un sistema di comunicazione simultanea a due vie a bassissimi consumi (ma ad alto data rate) in grado di trasmettere microonde attraverso lo strato di grasso adiposo della persona.

Lo sviluppo delle antenne per la comunicazione intra-corporea verrà curato da LINKS e beneficerà di algoritmi di ottimizzazione che permetteranno di automatizzare il design delle antenne stesse per massimizzarne la performance.

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