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Io Uomo tu Robot
Robot indossabili capaci di migliorare la qualità della vita

Simbiosi uomo-macchina

I robot indossabili sono dei dispositivi cibernetici che si portano sul corpo e sono progettati per migliorare e potenziare le capacità fisiche dell’utilizzatore. Si possono vedere indossati dagli operai nelle fabbriche al fine di ottimizzare il loro lavoro con una migliore e più efficiente distribuzione dei carichi e degli sforzi. Esoscheletri non solo nel settore manifatturiero, ma in anche in ambito medico e riabilitativo dove sono grado di supportare e, in alcuni casi, anche di sostituire la funzione motoria umana per le persone che hanno delle gravi difficoltà a muoversi  in modo autonomo.  La robotica indossabile con  esoscheletri e protesi bioniche rappresenta oggi un interessante filone di ricerca  nell’evoluzione della collaborazione uomo-macchina e l’ingegneria biomedica  è  un nuovo e promettente   settore della Scienza e della Tecnologia a forte carattere interdisciplinare che applica i principi e le metodologie proprie dell’ingegneria nei settori della biologia e della medicina e della tutela della salute.

Joseph Carl Robnett Licklider è stato un informatico e psicologo statunitense  considerato uno studioso importante nella storia dell'informatica e del calcolo generale. Dal 1951 al 1962 lavorò al Laboratorio Lincoln del Massachusetts Institute of Technology (MIT) facendo esperimenti sulle capacità uditive del cervello umano. Verso la fine degli anni cinquanta cominciò ad interessarsi al computer come mezzo di comunicazione.

 “Tra non molti anni la mente umana ed i calcolatori saranno interconnessi  molto strettamente e questa alleanza uomo-macchina sarà in grado di pensare così come nessun essere umano ha mai fatto finora, elaborando dati con prestazioni che sono ancora irraggiungibili per le macchine con cui effettuiamo attualmente il trattamento delle informazioni”. Queste parole sono raccolte in un saggio intitolato“Man Computer Symbiosis”(Simbiosi uomo-computer) del 1960 , in cui teorizzò la possibilità che il computer fosse uno strumento con cui tutti potevano interagire.

Nicola Vitiello, responsabile scientifico del Wearable robotics laboratory dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa sottolinea " L’integrazione tra la ricerca avanzata nella scienza e nella tecnologia ci permette di creare prodotti unici che possono migliorare il modo in cui le persone si muovono ed eseguono specifiche funzioni. Inoltre, questi dispositivi rappresentano una risposta sostenibile e a lungo termine per contribuire ad aumentare il livello di indipendenza di chi necessita di un loro utilizzo e, più in generale, per favorire stili di vita innovativi che siano in grado di promuovere il benessere dell’uomo ".

Controllare i robot con il pensiero

Oggi i ricercatori si avvalgono di un nuovo approccio alla progettazione dei robot che tiene conto delle sinergie tra i risultati delle neuroscienze e della robotica e la neuro-robotica è un’innovativa  branca della biorobotica  che oggi permette a molti pazienti con disabilita’ di vario livello di ritrovare una migliore autonomia sul piano motorio

La neuro-robotica è l'area della (bio)robotica che si avvale di metodologie di indagine scientifica che appartengono alla bioingegneria al settore delle neuroscienze. In neuro-robotica, le conoscenze e i modelli neuroscientifici vengono utilizzati col fine di validare e migliorare la conoscenza scientifica dei sistemi biologici e realizzare dispositivi robotici in grado di interagire col mondo biologico. Come primaria fonte di ispirazione per ideare nuove soluzioni che permettano di dotare i sistemi robotici del futuro di capacità senso-motorie e cognitive simili a quelle dell'uomo. In parallelo, robot sempre più evoluti e tecnologicamente sofisticati vengono sviluppati e utilizzati per la validazione sperimentale dei modelli neuro scientifici ”.

( da “Neuro-robotica. Neuroscienze e robotica per lo sviluppo di macchine intelligenti”- Editore Pàtron, 2006)

Le neuroscienze si avvalgono dei metodi e dei risultati di discipline diverse che comprendono  la psicologia cognitiva, la neurofisiologia e  la biologia molecolare al fine di indagare le basi biologiche della mente. 

Lo studio del cervello umano ci ha fornito risultati importanti per quanto riguarda la  sua plasticità funzionale in grado di adattare le sue prestazioni alle sue esperienze. Una peculiarità che non può essere adottata da nessun sistema artificiale esistente.

I singoli neuroni non pensano, ma il cervello pensa e lo studio e la comprensione di sistemi con numeri elevati  di neuroni e sinapsi per spiegare funzioni cognitive complesse è un problema aperto e di non facile soluzione

I tentativi di spiegare questo fenomeno sono stati e continuano a essere numerosi. La mente dell’uomo è indubbiamente una struttura  complessa, misteriosa ed affascinante e solo in questi ultimi anni abbiamo appreso sul cervello e la mente più che nei precedenti cinquemila anni.

Rimangono aperte alcune questioni di fondo che sono di dominio delle neuroscienze  e la ricerca cerca di dare a domande ben precise: come emerge la mente? Come funziona il cervello? Qual è il rapporto tra corpo e mente?  Come spiegare le emozioni, la coscienza e la creatività? In definitiva che relazione c’è tra la ricchezza della vita mentale e il linguaggio elettrochimico con il quale cento miliardi di neuroni si scambiano informazioni?

Nel 2002 due  neurofisiologi, Miguel A.L. Nicolelis e John K. Chapin hanno formulato una importante ed impegnativa previsione: un giorno coloro che hanno subito lesioni ai nervi o agli arti potranno comandare sedie a rotelle, protesi e addirittura braccia e gambe paralizzate semplicemente ‘pensando di muoverle’.

Miguel Nicolelis  pioniere delle «BMI», le «interfacce cervello-macchina», oggetti progettati e realizzati per permettere al cervello di connettersi direttamente a un computer e “muovere oggetti con un atto del pensiero”  nel suo saggio “Il cervello universale”-La nuova frontiera delle connessioni tra uomini e computer- (Bollati Boringhieri) descrive il cervello   come una “sinfonia di neuroni”.

Compito dei  ricercatori è quello di saper decodificare, emulare, stimolare e comprendere l’attività nervosa e di associare a una sempre migliore comprensione dell’attività nervosa la capacità di recuperare (o sostituire) in parte le sue funzioni in caso di lesioni, o la possibilità di progettare dispositivi ‘intelligenti’ ispirati al suo funzionamento.

La tecnologia indossabile in ambito medico

Il modello di ricerca della neuro-robotica, che combina neuroscienze e robotica , rappresenta un nuovo e promettente approccio per la progettazione di robot indossabili tecnologicamente avanzati finalizzati alla riabilitazione di arti superiori e inferiori.

La robotica avanzata cosiddetta wearable, cioè fatta per essere indossata,  aumenta la capacità di movimento nelle persone fragili a causa di invecchiamento e declino biomeccanico o patologie, al fine di evitare traumi e lesioni per caduta. Eventi non rari se si pensa che in Europa il 40 per cento degli anziani è coinvolto in incidenti mortali provocati dalla perdita di equilibrio. Altri dati ci dicono che ogni anno ci sono dai 200 ai 300  nuovi casi  di ictus ogni 100.000 abitanti e il 60 % subisce danni permanenti al sistema motorio, in particolare agli arti superiori. La riabilitazione riguarda pertanto pazienti con un ampio spettro di deficit neurologici, principalmente traumi cerebrali e ictus e l’obiettivo principale è quello che punta  al raggiungimento di una soddisfacente autonomia nelle attività  della vita quotidiana, ma anche a traguardi più ambiziosi come un  recupero di abilità che consentono alla persona di limitare o superare lo svantaggio sociale. Le stime prevedono che nei prossimi 40 anni, a fronte di un incremento del 35% degli over 60, si avrà una prevalenza di problemi nel camminare che sfioreranno l’80% nel caso degli ultraottantenni. 

Il robot indossabile che evita le cadute

Il  primo “esoscheletro intelligente”in grado di prevenire le cadute nelle persone anziane è stato sviluppato da ricercatori dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne e i lavori della ricerca  pubblicati su “Scientific Reports”. Progettato in particolare  come ausilio per le persone anziane al fine di evitare traumi e lesioni per caduta  viene definito tecnicamente Active Pelvis Orthosis  ed è un dispositivo cibernetico esterno, quindi indossabile,  che si adatta agevolmente alla persona che aiuta nelle attività  motorie quotidiane  ed è in grado di assisterlo a seguito di uno scivolamento improvviso. E’ un dispositivo robotico da indossare composto essenzialmente da un'imbragatura elettronica che viene sistemata all’altezza delle anche e fissata con bretelle in fibra di carbonio. Il robot una volta indossato è in grado di registrare le caratteristiche dell’andatura e della falcata del soggetto in meno di 60 secondi ed è “intelligente”in quanto capace di rilevare preventivamente le caratteristiche individuali della camminata della persona che  lo indossa e capire quando c'è qualche movimento anomalo. Inoltre, oltre ad essere leggero non interferisce con il movimento normale, ma solo quando si rende opportuno.

Un algoritmo  previene la caduta 

L'algoritmo del dispositivo cibernetico  identifica altresì gli eventuali scostamenti rispetto ai dati registrati relativi all’andatura in modo tale da poter prevenire un’eventuale caduta. I motori del dispositivo, infatti, esercitano pressione sulla parte superiore delle gambe in modo da recuperare l’equilibrio della persona che indossa l'esoscheletro. 

Altri utilizzi dell’esoscheletro  nell’agevolare persone con ridotta mobilità, a seguito di amputazioni o di danni neurologici, che potranno usarlo per svolgere le loro attività quotidiane con maggiore libertà e autonomia.

L’efficacia di questo dispositivo è stata testata sui pazienti del centro di riabilitazione “Don Carlo Gnocchi” di Firenze.

Silvestro Micera, bioingegnere e neuroscienziato dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e dell’EPFL , commenta “ Il nostro esoscheletro intelligente è leggero e facilissimo da personalizzare, in base alle esigenze dei pazienti. L’adattamento di questo primo prototipo che stiamo testando a Firenze richiede meno di 60 secondi, per regolare la taglia e l’andatura della persona che lo indosserà”.

IUVO sviluppa esoscheletri robotici

E’ la novità lanciata da Iuvo ( dal latino e significa “Io assisto”), una spin-off italiana dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, attiva nel campo delle tecnologie indossabili, che ha recentemente ricevuto un investimento congiunto dalle aziende  Comau e Össur. Fondata nel 2015 da un team di post-dottorati, professori e ricercatori Iuvo si avvale di una sinergia di competenze strategiche e tecnologiche avanzate con la finalità di realizzare strumenti indossabili, intelligenti in grado di migliorare la qualità della vita. Obiettivi che riguardano sia i robot industriali sia le applicazioni ortopediche hi-tech in un’ottica di processi e applicazioni di robotica collaborativa. A livello industriale le prime applicazioni interverranno sui processi di carico e scarico a bordo linea e sulle operazioni di assemblaggio.

La nuova joint venture  si pone il traguardo di migliorare ed evolvere la collaborazione uomo-macchina in settori diversi: dall’ingegneria biomedica alla produzione manifatturiera e il mondo consumer. Una sinergia di competenze che vede  Comau, leader mondiale nella progettazione di soluzioni di automazione avanzate, portare in questo progetto la sua visione innovativa, la propensione verso tecnologie ‘aperte’ e facili da utilizzare, e la sua capacità di realizzare robot affidabili. Össur è un’azienda leader che si caratterizza per un costante investimento nella ricerca e nell’innovazione tecnologica, per fornire soluzioni avanzate e scientificamente collaudate nel settore dell’ortopedia non invasiva che migliorano la mobilità umana Tra i numerosi successi, Össur è stata onorata dal riconoscimento del World Economic Forum come "Pioniere Tecnologico". Ambasciatore di una ‘’Vita senza limitazioni’’ le soluzioni Össur sono conosciute in tutto il mondo. La competenza ingegneristica di IUVO nel campo delle tecnologie indossabili è infine completata dal prestigio e dalla consolidata esperienza della Scuola Superiore Sant'Anna.. La nostra missione è migliorare la mobilità degli individui.

" Questa joint venture rappresenta un passo fondamentale per la creazione di esoscheletri robotizzati indossabili che possano migliorare la mobilità e la qualità della vita umana ", ha sottolineato Mauro Fenzi, CEO di Comau.

 

 

 

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