Protesi

    Un nuovo braccio robotico per tetraplegici comandato col pensiero

    Un nuovo ed innovativo braccio robotico comandato direttamente col pensiero grazie a microelettrodi impiantati nel cervello ha dato la possibilità a Erik G. Sorto, paralizzato da 13 anni a causa di un danno spinale, di afferrare un bicchiere per bere.

    ©popularmechanics.com

    Il soggetto paralizzato riesce così a comandare il braccio, pensando solo all’obiettivo da raggiungere. Lo studio pubblicato su “Science” dimostra come l’approccio innovativo,  frutto di una collaborazione tra il California Institute of Technology, University of Southern California e Rancho Los Amigos National Rehabilitation Center, abbia permesso di superare alcuni importanti limiti che si riscontravano con le neuroprotesi realizzate fino ad ora.

    Infatti, la tecnica più usata prevede l’impianto di microelettrodi nell’area crebrale che controlla il movimento: la corteccia motoria. Tale movimento è però affetto da due disturbi: un leggero tremore e un ritardo rispetto all’input del paziente.

    L’idea vincente è stata quella di sfruttare, come sede per gli elettrodi, un’altra area cerebrale: la corteccia parietale posteriore. Essa è deputata alle funzioni cognitive superiori, come la formulazione dell’intenzione di effettuare un movimento. In questo modo è stato possibile eliminare quel ritardo presente con i precedenti sistemi ottenendo un movimento più fluido e simile al movimento reale. Infatti, la corteccia parietale posteriore è posta all’inizio del cammino neurale che arriva fino agli arti.

    Il nuovo meccanismo ha quindi portato ad avere un risultato semplicemente pensando al movimento, come avviene in situazioni normali, senza pensare a quali muscoli dover attivare e senza pensare ai dettagli del movimento.

    Erik Sorto ha iniziato dal 2013 un programma di addestramento che gli ha permesso prima di poter comandare il cursore di un computer arrivando oggi a gestire un braccio robotico.

     

     

    CYBERLEGs, Italian Project fot bionic legs, Close-up Engineering, Credits: cyberlegs.eu

    CYBERLEGs, gambe robotiche per tornare a camminare

    La perdita totale o parziale di un arto inferiore è una condizione disabilitante che compromette salute e benessere di molte persone nel mondo. Le cause di un’amputazione possono essere diverse: diabete, malattie vascolari, eventi traumatici, tumori o malformazioni congenite.
    Si calcola che solo negli Stati Uniti, ogni anno, vi siano 150mila amputazioni di arto inferiore causate da patologie vascolari.

    Tali amputazioni possono essere di differente livello: possono interessare il piede (amputazione digitale, transmetatarsale, di Lisfranc, di Chopart, di Pirogrof, di Syme, o disarticolazioni della caviglia), la gamba (transtibiale, disarticolazione del ginocchio), la coscia (transfemorale, che rappresenta il 20% di tutte le amputazioni), o il bacino (disarticolazione dell’anca, emipelvectomia).

    Gli amputati transfemorali devono superare difficoltà dovute al fatto che ogni compito motorio legato alla deambulazione (camminare, salire o scendere le scale, alzarsi e sedersi) comporta un maggiore sforzo fisico (con un notevole consumo energetico, che aumenta con il livello dell’amputazione) e mentale (sforzo cognitivo).

    Gli amputati transfemorali, infatti, hanno bisogno di maggiore concentrazione per camminare, dal momento che percepiscono una minore stabilità.

    La maggior parte degli amputati vascolari non utilizza protesi, ricorrendo a soluzioni di ‘più facile utilizzo’ come la carrozzina. Ciò è dovuto al fatto che la maggior parte delle protesi per amputati transfemorali sono passive (non vi sono motori ai giunti) o semi-attive (protesi con ginocchio composto da un meccanismo frenante), ovvero non erogano la potenza meccanica necessaria al cammino e agli altri compiti di locomozione.
    E’ per questo motivo che la ricerca sta spingendo verso la progettazione di protesi attive, che presentano motori nei giunti.

    Il progetto di ricerca CYBERLEGs (acronimo di CYBERnetic LowEr-Limb CoGnitive Ortho-prosthesis), coordinato da Nicola Vitiello dell’Istituto di biorobotica della Scuola superiore Sant’Anna di Pisa e a cui ha preso parte anche il Centro Irccs Don Carlo Gnocchi di Firenze, dove sono stati presentati i prototipi, testati su 11 persone, si pone l’obiettivo di concepire e sviluppare nuove soluzioni ICT (ed in particolare robotiche) indossabili per migliorare la qualità della vita di amputati transfemorali vascolari. In particolare, l’obiettivo finale del progett CYBERLEGs è lo sviluppo di un sistema robotico indossabile – denominato orto-protesi – costituito da una protesi transfemorale attiva (con giunti robotizzati) ed un’ortesi attiva (meccanicamente accoppiata alla protesi) per provvedere assistenza motoria sia all’arto sano che all’anca dell’arto amputato. 

    L’ortesi attiva è concepita per essere modulare e si compone di due moduli. Il primo modulo (direttamente accoppiato alla protesi) è un’ortesi bilaterale per l’assistenza della flesso-estenssione dell’anca. Tale modulo è denominato Active Pelvis Orthosis (APO). Il secondo modulo è un’ortesi attiva monolaterale per l’assistenza della flesso estensione delle articolazioni di ginocchio e caviglia dell’arto sano ed è denominato Knee-Ankle-Foot Orthosis (KAFO).

    L’orto-protesi permette all’amputato di svolgere compiti motori quali camminare (anche su superfici inclinate), salire/scendere gradini, alzarsi in piedi e sedersi con un ridotto sforzo fisico. Questo è possibile grazie al fatto che la protesi ha giunti attivi e l’ortesi attiva è in grado di fornire potenza meccanica alle rimanenti articolazioni dell’arto amputato e a quelle dell’arto sano.

    In aggiunta, l’amputato può interagire con il sistema robotico in modo intuitivo (quindi con un basso sforzo mentale) perché il sistema di controllo di CYBERLEGs permette alla macchina di avere un comportamento semi-autonomo: una volta che la macchina identifica l’intento motorio dell’amputato attraverso una rete di sensori indossabili, i comandi motori agli attuatori della protesi e dell’ortesi sono generati attraverso l’utilizzo di differenti primitive motorie per i differenti compiti motori della locomozione.

    Di seguito vengono presentate nel dettaglio tutte le caratteristiche del progetto: meccanica, sistema meccatronico, sistema di attuazione, sistema di controllo, algoritmi di controllo, sistema sensoriale e macchina a stati finiti. 

     


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