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Io Uomo tu Robot
Mani robotiche, occhi bionici e... I cyborg sono tra noi

Robot, androide, cyborg  sono parole che sono entrate ormai nella nostra quotidianità e la  distinzione tra i vari termini  è talvolta complessa.

L’etimologia ci dice che cyborg, organismo cibernetico, è una parola che deriva dalla contrazione dell'inglese cybernetic organism  e il prefisso cyber, dal greco classico, assume il significato di cibernetico. Coniato in ambito medico venne utilizzato per la prima volta nel 1960 in un articolo “Cyborgs and Space”, scritto da S. Kline  e M. Clynesm, esseri umani nello spazio che dovevano sopravvivere in ambienti extraterrestri inospitali.

Una tematica affascinante che troverà poi una più ampia diffusione nel  genere fantascientifico letterario e cinematografico: robot , androidi e cyborg hanno popolato pagine celebri della letteratura, del cinema e del fumetto. Soprattutto la produzione cinematografica ne ha fornito diverse varianti. Da Metropolis del 1927, successivamente “Terminator”, Robocop, Matrix e lUomo da Sei Milioni di Dollari, che   risale alla fine degli anni Settanta, solo per ricordarne alcuni.

In generale il termine Cyborg indica un organismo biologico integrato da parti artificiali che possono essere delle protesi meccaniche, ma anche innesti biochimici e modificazioni con parti elettroniche inserite nel corpo umano.

Il confine tra l’essere umano e il cyborg è oggi sempre più sfumato,  basti pensare  che una persona dotata di un pace-maker o uno steen potrebbe infatti già corrispondere alla definizione di cyborg.

La ricerca robotica ha fatto grandi progressi ampliando gli orizzonti  della biomedicina: le parti artificiali si integrano con il nostro corpo e sono capaci di entrare in connessione in modo più profondo ed attivo, interagire con il sistema nervoso con risultati che vanno ad ampliare  e migliorare le nostre capacità fisiche.

I Cyborg sono tra noi e oggi è  possibile parlare di protesi a controllo mentale che attraverso il solo pensiero possono dialogare ed impartire ordini per comandare un dispositivo artificiale come un braccio robotico. Strumenti che soprattutto in campo medico ci dovranno aiutare a vivere meglio, migliorare la nostra qualità della vita e consentire alle persone che hanno perso l’uso degli arti, o con deficit motori di diversa natura, di poter ritornare ad una mobilità pressoché normale.

Muovere le cose con il pensiero

L’ambito di ricerca riguardante le interfacce cervello/macchina (in inglese, Brain-Computer Interface, BCI o anche Brain-Machine Interface, BMI)   si caratterizza per il suo approccio interdisciplinare, dove  l’elettronica e la robotica incontrano le neuroscienze cognitive e la biologia coinvolgendo competenze e saperi diversi.  

Interfacciarsi direttamente con il cervello umano attraverso  sensori in grado di leggere e monitorare specifici processi fisici che avvengono all’interno del nostro cervello, ai quali corrispondono le diverse forme di pensiero, è senz’altro uno degli aspetti più interessanti.

Le interfacce neurali sono essenzialmente dei dispositivi in grado di “leggere” gli impulsi provenienti dal cervello che permettono una comunicazione diretta tra il nostro sistema nervoso centrale o periferico con dispositivi esterni ,quali computer, arti robotici artificiali o dispositivi elettromeccanici come una sedia a rotelle ed il tutto senza il coinvolgimento del nostro sistema motorio.

Robot indossabili

I sistemi ibridi  sono una realtà e tra i dispositivi ‘intelligenti’, estensioni del nostro corpo, ci può essere una mano robotica, l’esoscheletro robot, protesi ed arti elettronici  comandati dal pensiero. Gli esoscheletri, come indica la parola, sono strutture robotiche indossabili che hanno la funzione principale di sostenere il corpo dall’esterno  attraverso un supporto (una sorta di muscolatura artificiale) in grado di potenziarne le capacità fisiche. La parola esoscheletro (scheletro esterno) deriva da  exo che in greco significa “fuori”.

La prima generazione di esoscheletri  di natura artificiale erano  strutture passive dotate di attuatori in grado di produrre un movimento. Successivamente, o se vogliamo parlare di seconda generazione, si ha un radicale cambiamento strutturale e concettuale: si cerca di far dialogare gli attuatori direttamente con il cervello dell’utente.

L’obiettivo principale è quello di  migliorare la nostra qualità della vita: diverse ed in continua evoluzione sono le applicazioni  alla riabilitazione robotica e i robot indossabili potranno aiutare gli anziani a potenziare le funzionalità motorie indebolite dall’età, sostituire parti del corpo umano con protesi innovativi, aiutandoci in tal modo a volgere attività particolarmente pesanti. Permettere a chi ha subito una lesione spinale di alzarsi in piedi e camminare di nuovo non è solo un sogno, ma una nuova sfida che parte da lontano. Riusciranno ad arrivare a sostituire completamente le carrozzine per disabili?

La ricerca non ha sviluppato solo strutture rigide da indossare, ma anche protesi bioniche per gli arti superiori ed esoscheletri con strutture non rigide e modulabili nell’interazione con l’ambiente. Un’area di ricerca che vede l’Istituto Italiano di Tecnologia, l’Università di Pisa e altri atenei europei (Università Leibniz di Hannover, ETH Zurigo, Università di Twente)  coinvolti nel progetto europeo Soft-Pro, come dice il termine  ispirato alle tecnologie della soft robotics. Un’iniziativa  che è stata finanziata dalla Commissione Europea nell’ambito del più ampio progetto di ricerca Horizon 2020.

L’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova ha tra i Programmi di ricerca  robot rehab per lo sviluppo di  esoscheletri per disabili  e nuovi strumenti riabilitativi e per questo progetto si avvale di un accordo con INAIL.

Dalla robotica alle neuroscienze, dall’ingegneria medica alle tecnologie riabilitative : un’interazione tra ricercatori, con formazione e competenze diverse, in grado di trasferire le loro competenze al fine di definire e rafforzare una ‘scienza del cervello’ dalle caratteristiche multidisciplinari.

Occhio bionico

Anche il traguardo della vista bionica si stà avvicinando e i ricercatori studiano interfacce biotecnologiche per realizzare un sostituto artificiale organico della retina nell’uomo. 

I ricercatori del Dipartimento di Neuroscience and Brain Technologies (NBT) dell’Istituto Italiano di Tecnologia,  hanno realizzato la prima retina artificiale realizzata con materiali organici  e biocompatibili sostituendo i semiconduttori inorganici, come il silicio, già utilizzati in questo campo. In pratica la retina artificiale funziona come una microcella solare e i ricercatori hanno  utilizzano un particolare polimero sensibile alla luce che, analogamente alle cellule fotorecettori della retina è in grado di attivarsi quando viene colpito dai raggi luminosi convertendo la radiazione luminosa in attività elettrica dei neuroni.

Ma cosa accade quando si ha una degenerazione dei fotorecettori ? La ricerca ha fatto notevoli progressi per  dare una risposta a questo problema ed al momento le sperimentazioni con retina artificiale sono limitate a modelli animali, ma si può già ipotizzare che entro il 2018 potrebbe essere estesa sugli uomini.

“Il risultato che abbiamo raggiunto è fondamentale per procedere verso la realizzazione di una protesi retinica organica per l’uomo”, commenta il Prof. Fabio Benfenati, Direttore del Dipartimento di NBT dell’Istituto Italiano di Tecnologia, “Abbiamo dimostrato che il tessuto retinico degenerato nei fotorecettori, una volta a contatto con lo strato di semiconduttore, recupera la sua fotosensibilità a livelli di luminosità paragonabili alla luce diurna e genera segnali elettrici nel nervo ottico del tutto simili a quelli generati da retine normali”

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista internazionale Nature Photonics dal titolo "A polymer optoelectronic interface restores light sensitivity in blind rat retinas". Un progetto realizzato congiuntamente con altri centri di ricerca: il Center for Nano Science and Technology (CNST) presso il Politecnico di Milano, l'Università dell'Aquila, l'Università di Genova e l'UO Oculistica dell'Ospedale S. Cuore - Don Calabria di Negrar (Verona) ed è finanziato dalla Fondazione Telethon.

La mano robotica  

La mano robotica rappresenta un’importante e significativa frontiera dell’integrazione fra arti meccanici e corpo umano e tutto questo lo dimostrano i notevoli progressi della ricerca robotica. in questo settore. In questo ambito in Italia possiamo vantare centri  di eccellenza  e lo testimoniano i risultati raggiunti dall’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova, dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e l’ Università Campus Biomedico di Roma. Sul mercato nel 2017 arriveranno le prime protesi di mano robotica italiana capaci di essere impiantate senza interventi invasivi.

La mano bionica dell’Istituto Italiano di Tecnologia ha le caratteristiche di essere poliarticolata e dotata di una sorprendente capacità prensile con le dita che sono in grado di  muoversi insieme perché è il cervello che impartisce l’ordine. Una mano sempre più vicina a quella naturale  potendo riprodurre l'85% dei movimenti di cui è capace una vera mano. Realizzata con un processo  stampato in 3d è realizzata quasi totalmente in materiale plastico pertanto leggera pesando complessivamente meno di 500 grammi.

A differenza dei  precedenti modelli questa  mano bionica non è collegata ai tessuti e nervi del braccio, ma è indossabile ed applicata senza alcuna operazione chirurgica. Viene controllata dal paziente per mezzo di  sensori applicati sui muscoli in grado di catturare i segnali naturali dei muscoli residui. e grazie a un tendine artificiale si caratterizza per possedere un movimento molto naturale. Un  progetto che introduce i concetti chiave del campo delle sinergie sensomotorie, ossia il linguaggio che il cervello utilizza per governare i movimenti della mano.

Un progetto made in Italy che si caratterizza per il suo  innovativo contenuto tecnologico e nel design è coordinato da Antonio Bicchi, Manuel Catalano e Giorgio Grioli dell'IIT, e sviluppato con la collaborazione di Rinaldo Sacchetti, Emanuele Gruppioni e Simona Castellano dell'INAIL.

La mano bionica dell’Istituto di Biorobotica è stata realizzata nell’ambito del progetto  “My-HAND”, acronimo di “Myoelectric-Hand prosthesis with Afferent Non-invasive feedback Delivery”  e rappresenta la prosecuzione del progetto WAY finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del Settimo Programma Quadro.

Il progetto My-HAND è coordinato dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e finanziato dal Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca (MIUR) nell’ambito del Fondo per gli Investimenti della Ricerca di Base (FIRB).

Una mano robotica che si caratterizza per adottare tecnologie non invasive e per essere leggera, robusta  e con un design all’avanguardia. La sua  tecnologia innovativa  è in grado di recuperare le funzioni sensoriali e motorie alle persone  che hanno subito un’amputazione.

Questo grazie ad innovativi sensori tattili  che vengono integrati nelle dita e che  registrano le interazioni con l’ambiente  restituiti alla persona attraverso dei piccoli vibratori posizionati sulla parte restante dell’arto.

All'Università Campus bio-medico di Roma arriva la mano robotica sensorizzata che un complesso sistema di sensori, algoritmi e  hardware  è in grado di renderla  più intelligente. Realizzata per dare a chi la indossa   la possibilità di avvertire la consistenza degli oggetti toccati, comandarne i movimenti per via neurale. Una sperimentazione che nasce dalla collaborazione dell'Università Campus Bio-Medico di Roma con il Centro Protesi INAIL

“Non è, in realtà, una vera e propria nuova ‘mano bionica' – spiega Eugenio Guglielmelli, Prorettore alla Ricerca del Campus Bio-Medico – ma un complesso insieme di hardware e software che rendono possibile l’aumento dell’intelligenza delle protesi di arto superiore, controllandone i motori in modo più raffinato. Questo consentirà di modulare gli input del cervello per far muovere a piacimento tutte e cinque le dita della mano contemporaneamente, solo alcune o anche un solo dito”.

Concludo con un suggerimento per chi volesse approfondire alcuni aspetti delle neuroscienze e tutto ciò che ruota attorno alla nuova frontiera delle connessioni tra uomini e computer , per segnalare due libri: il primo è di Miguel Nicolelis “Il cervello universale. La nuova frontiera delle connessioni tra uomini e computer” edito da Bollati Boringhieri (2013).

L’altro è di Alessandro Vato “Arrivano i Cyborg - Dove neuroscienze e bioingegneria si incontrano” edito da Hoepli. In questo libro l’autore ha scelto di approfondire un argomento specifico: le Brain Machine Interface, le interfacce cervello-macchina.

 

 

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    robotica interfaccia uomo macchina

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