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Una mano robotica gonfiabile con senso tattile
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01.10.21 - 09:000

Una mano robotica gonfiabile con senso tattile

Creata una protesi che offre agli amputati un controllo tattile in tempo reale e consente una vasta gamma di attività.

CAMBRIDGE - I ricercatori del MIT e della Shanghai Jiao Tong University hanno sviluppato una mano neuroprotesica morbida, leggera e a basso costo, che può venire incontro alle esigenze delle persone con l’arto superiore amputato. La mano protesica, infatti, è in grado di gonfiare con precisione le singole dita per afferrare gli oggetti e fornire all’utente un feedback tattile in tempo reale. I componenti per realizzarla richiedono un costo di circa 500 dollari, il che la rende potenzialmente più conveniente, oltre che più facile da usare, di altre soluzioni commerciali.

L’innovativa mano robotica pesa appena mezzo chilo e si basa sull’uso di un materiale morbido ed elastico, l’elastomero commerciale EcoFlex. Tale materiale si è dimostrato molto resistente, recuperando rapidamente dopo essere stato colpito con un martello o investito da un’auto. La protesi è costituita da cinque dita simili a palloncini, ciascuna con segmenti di fibra simili a ossa. Le dita flessibili sono collegate a un palmo stampato in 3D, a forma di mano umana.

A differenza di altri modelli di neuroprotesi con motori elettrici, questo prototipo utilizza un semplice sistema pneumatico per gonfiare con precisione le dita e piegarle in posizioni specifiche. Tale sistema, che comprende una piccola pompa e delle valvole, può essere indossato in vita, riducendo di gran lunga il peso della protesi. I ricercatori hanno poi sviluppato un modello al computer per mettere in relazione la posizione desiderata di un dito con la pressione corrispondente che la pompa deve applicare per raggiungere quella posizione. Adoperando questo modello, è stato quindi messo a punto un controller che gestisce il sistema pneumatico affinché posizioni le dita in modo da imitare cinque prese comuni.

Il sistema pneumatico riceve segnali da sensori EMG (elettromiografia), collegati all’arto dell’utente, che misurano i segnali elettrici generati dai motoneuroni per controllare i muscoli. Il team di ricercatori ha poi utilizzato un algoritmo che “decodifica” i segnali muscolari e li mette in relazione con i comuni tipi di presa. Quando, ad esempio, una persona amputata pensa di tenere in mano un bicchiere di vino, i sensori raccolgono i segnali muscolari residui che il controller traduce in pressioni corrispondenti. La pompa, quindi, applica quelle pressioni per gonfiare ogni dito e produrre la presa prevista.

Il sistema incorpora anche un feedback tattile. Questo è reso possibile grazie a un sensore di pressione, cucito su ciascun polpastrello, che quando viene toccato o schiacciato produce un segnale elettrico proporzionale alla pressione rilevata. I volontari della sperimentazione, dopo 15 minuti di allenamento, si sono ritrovati a eseguire alcune azioni come impilare pedine, girare pagine, scrivere con una penna, sollevare palle pesanti e raccogliere oggetti fragili come fragole e pane. Hanno poi provato gli stessi test utilizzando una mano bionica più rigida disponibile in commercio e hanno scoperto che la protesi gonfiabile era altrettanto buona, o addirittura migliore, nella maggior parte dei compiti, rispetto alla sua controparte rigida.

I ricercatori hanno depositato un brevetto sul design di questa protesi e stanno lavorando per migliorarne le capacità e la varietà di movimento. «Ora abbiamo quattro tipi di presa, ma ce ne possono essere di più. Questo design può essere migliorato, con una migliore tecnologia di decodifica e una pompa più compatta che potrebbe essere indossata al polso. Vogliamo anche personalizzare il design per la produzione di massa, in modo da poter tradurre la tecnologia robotica morbida a beneficio della società», ha riferito Xuanhe Zhao, professore d'ingegneria meccanica e d'ingegneria civile e ambientale al MIT. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Nature Biomedical Engineering.

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