Robotica e AI

Viaggio nel mondo delle protesi

27 giugno 2019 | Scritto da La redazione

Da semplici pezzi di legno tenuti insieme da strisce di cuoio a braccia robotiche comandate dal pensiero, il lungo tragitto delle protesi.

Secondo una stima del 2008, più di una persona su mille ha subito l’amputazione di un arto, di questi, il 30% ha perso un braccio. Si tratta di un’esperienza traumatica che alle volte lascia profonde cicatrici non solo sul corpo. Riuscire a riacquistare, anche solo parzialmente, l’autonomia che una mano può dare, fornisce un grande contributo anche alla salute psicologica di chi ha subito una menomazione. Se una volta il massimo a cui si poteva ambire era una sorta di gancio con cui manipolare gli oggetti, oggi le nuove tecnologie in campo medico, robotico e neurorobotico permettono la creazione di protesi incredibilmente complesse capaci di restituire buona parte di quell’autonomia persa. Esploriamo come funzionano le protesi per arti superiori e quali tipi di meccanismi permettono ad alcune di queste di muoversi.

 

Le protesi meccaniche, una storia lunga quanto la civiltà. Le prime protesi di cui abbiamo testimonianze risalgono addirittura all’antico Egitto: nel 2000 è stata rinvenuta la mummia di una donna che aveva al posto dell’alluce una protesi di legno e cuoio che, oltre ad una funzione estetica, probabilmente la aiutava a camminare. Bisognerà però aspettare il 1500 per incontrare la prima protesi meccanica che potesse essere manovrata in qualche modo. Si tratta della famosa mano di ferro di Götz von Berlichingen, un mercenario tedesco che perse un braccio in battaglia e si fece costruire la più complessa protesi dell’epoca: le giunture della mano metallica permettevano a Götz di combattere, cavalcare, prendere un bicchiere e addirittura scrivere con la piuma d’oca. Nella sua autobiografia, Götz sottolinea addirittura come la sua protesi gli sia stata più utile di quella, vera, perduta in battaglia. Per muovere la sua mano metallica c’era un complesso sistema di leve, cavi e meccanismi che venivano operati dalla spalla e dall’altro braccio.

 

Come funzionano. Ad oggi molte protesi meccaniche funzionano ancora alla stessa maniera, semplici movimenti possono essere fatti grazie a dei cavi che arrivano all’altra spalla e particolari movimenti permettono di aprire e chiudere la protesi come una pinza. Sistemi più avanzati prevedono anche degli interruttori che vengono controllati dall’altra mano o dalla spalla per compiere semplici funzioni (ruota il polso, apri/chiudi la mano…) a volte anche sequenziali così da permettere movimenti più complessi nel caso ci siano più giunture (polso, gomito…).

Una protesi meccanica può arrivare a costare fino a 50.000 dollari, una cifra ben oltre le possibilità di molte persone. Una soluzione più economica ma altrettanto funzionale arriva dalla stampa 3D: sono moltissime, infatti, le startup e le iniziative no-profit che donano protesi meccaniche stampate in 3D a prezzi bassissimi, circa 50 dollari.

 

Come ti catturo gli impulsi. Le protesi meccaniche permettono di avere nuovamente un arto in qualche modo funzionante, ma hanno il lato negativo di offrire una mobilità molto ridotta o di impegnare l’altra mano per attivare i comandi della protesi. Una soluzione più efficace sono le protesi mioelettriche. Per funzionare sfruttano dei sensori posti sulla pelle per registrare quei microscopici impulsi elettrici che il cervello manda ai muscoli dell’arto reciso e li sfrutta per dare comandi ai motori elettrici della protesi. Uno dei lati negativi di questi sistemi, oltre al costo che, come nel caso delle protesi meccaniche, può essere ridotto grazie alla stampa 3D, è il peso: dovendo contenere motori e batterie, per forza di cose indossare tutto il giorno uno di queste protesi può essere faticoso, un piccolo prezzo da pagare per una maggiore manovrabilità.

 

Metodi innovativi. Come abbiamo visto poco sopra, gli impulsi elettrici che il cervello invia ai muscoli – anche quando questi non esistono più – possono essere utilizzati per comandare le protesi. Più di una tecnica sfrutta questo principio per fornire movimenti quasi naturali. Una di queste si chiama Targeted Muscle Reinnervation, o TMR, e consiste nel deviare l’impulso verso un muscolo solitamente posizionato sul petto, in questo modo è possibile utilizzare la protesi attraverso i segnali che vengono registrati da un sensore posto su questo muscolo.

Se queste tecniche cercando di raccogliere il segnale mentre viaggia verso la sua destinazione ormai assente, altre tecniche cercando di farlo alla fonte: nel nostro cervello. Si tratta di impianti cerebrali, i cosiddetti Deep Brain Implant, elettrodi innestati chirurgicamente nel cervello che permettono di governare un braccio robotico direttamente con il pensiero. È una procedura innovativa e sperimentale che sembra dare grandi risultati ma che pone diversi rischi: un’operazione a cranio aperto è sempre pericolosa, inoltre il rischio infezione è alto. Nonostante i grandi risultati ottenuti, la tecnica è quindi poco utilizzata.

La ricerca però non si ferma mai e una nuova tecnica, capace di raccogliere i segnali dal cervello senza la necessità di una chirurgia invasiva è in fase di studio, per vedere come funziona, guarda il video.

 

La redazione
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