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Un esoscheletro per tornare a camminare

30/10/2014  Riprendere a muovere gli arti malgrado la paralisi: è già una realtà con l’esoscheletro, una tecnologia che prevede una sorta di corazza esterna al corpo, da attivare tramite sensori.

Ricorderemo il Mondiale in Brasile per l’umiliante eliminazione della squadra azzurra.
Ma anche per quel calcio d’inizio del Campionato dato da un giovane brasiliano paraplegico grazie a un esoscheletro comandato direttamente dal suo cervello. Da exo, in greco “fuori”, esoscheletro significa letteralmente scheletro esterno. L’eccezionale spettacolo portato alla ribalta dal Mondiale 2014 è il risultato di Walk again project, un progetto in collaborazione tra la Duke University negli Stati Uniti e l’Università di Monaco (Germania) diretto dal neuroscienziato brasiliano Miguel Nicolelis L’obiettivo è sviluppare la tecnologia degli esoscheletri robotici bio-pilotati per restituire ai paraplegici la capacità di camminare.
Juliano Pinto, questo il nome del ragazzo brasiliano paralizzato dalla vita in giù, indossava un casco con 32 elettrodi in grado di leggere i segnali elettromagnetici del cervello. I segnali passano a un computer che li trasforma in comandi elettrici. Questi a loro volta azionano un sistema idraulico che provvede a muovere gli arti dell’esoscheletro. Un insieme di giroscopi, accelerometri e altri sensori stabilizza l’intero sistema assicurando al paraplegico un buon equilibrio. La cosa notevole è che l’esoscheletro funziona a due vie: i segnali vanno dal cervello alla struttura robotica ma anche dalla struttura robotica al cervello. Sensori collocati nelle scarpe permettono all’utente di percepire il terreno a ogni passo e il calcio sul pallone. In questo modo Juliano ha potuto anche provare la sensazione di colpire la palla: i sensori posti nella scarpa, infatti, producono un segnale in grado di ingannare il cervello, facendogli percepire la presenza di un piede reale. Il tutto è alimentato da una batteria: sembra banale dirlo, invece proprio qui sta una delle sfide tecnologiche più difficili, in quanto c’è ancora molto da fare per limitare il peso e l’ingombro e aumentarne l’autonomia.
Un progetto analogo è MindWalker, finanziato dall’Unione Europea. Questa ricerca vede coinvolti diversi Centri europei, tra i quali c’è anche la Fondazione Santa Lucia di Roma. Come quello visto in Brasile, L'esoscheletro europeo si muove seguendo impulsi che arrivano dal cervello ed è in grado di rilevare i piegamenti del busto dell’utente per interpretare la sua volontà. È stato avviato anche un progetto tutto italiano in collaborazione tra l’Inail (Istituto nazionale per l’assicurazione contro gli infortuni sul lavoro) e l’Iit, Istituto italiano di tecnologia, fondato a Genova nel 2003 con specifica competenza in robotica, neuroscienze e nanotecnologie.
L’esoscheletro è un’antichissima invenzione della natura, che risale agli organismi più primitivi – trilobiti, crostacei, insetti – e precede di molti milioni di anni l’invenzione dello scheletro, la struttura biologica che caratterizza i vertebrati. Gli esoscheletri naturali sono in sostanza corazze rigide che proteggono le parti molli e vulnerabili dell’organismo. La prima generazione di esoscheletri tecnologici è simile a queste strutture passive, ma è dotata di attuatori meccanici che ne consentono il movimento. La seconda generazione fa un balzo in avanti cercando di far pilotare gli attuatori dal cervello dell’utente. L’esoscheletro diventa così un robot da indossare.
L’americana Hulc, in collaborazione con la Lockheed Martin ha progettato un esoscheletro antropomorfo capace di spostare un peso di 100 chilogrammi alla velocità di 15 km orari. La Sarcos (Usa) fornisce all’esercito americano un esoscheletro che sposta masse di 180 kg. Un campo a sé è quello della chirurgia: qui speciali esoscheletri sotto forma di arti robotici guidano la mano del chirurgo nei passaggi più delicati. Esoscheletri meno raffinati aiutano invece gli infermieri a spostare pazienti sovrappeso con difficoltà di movimento. In Giappone la Cyberdyne e l’Università di Tsukuba nella persona del professor Yoshiyuki Sankai puntano sul settore sanitario con la serie Hal, Hybrid assistive limb, esoscheletri concepiti per adattarsi a vari tipi di disabilità: delle braccia, delle gambe, del busto.
Siamo alla quinta generazione: Hal 5. Già sperimentato in 130 Centri medici, nel 2013 quello Cyberdyne è diventato il primo esoscheletro clinicamente certificato nel mondo ed è adottato anche in Europa. Nel 2000 il prototipo Hal 3 era collegato con un cavo a un computer esterno e la sola batteria pesava 22 chilogrammi. Hal 5 pesa in tutto 10 chilogrammi e si avvale di una batteria e di un computer “flessibili” che costituiscono una struttura indossabile. Un Hal per le gambe viene fissato alla vita del paziente come una grossa cintura e gli arti dell’esoscheletro allacciati agli arti da riabilitare. È quasi una protesi “normale”, ma l’affitto di questa meraviglia tecnologica è di duemila dollari al mese. Utilizzabile anche in attività di protezione civile (è successo durante l’incidente di Fukushima), Hal 5 si colloca nella generazione di esoscheletri che captano i comandi dalle minuscole correnti elettriche della pelle. Al top della seconda generazione di esoscheletri, troviamo quelli comandabili dall’utente paraplegico direttamente con impulsi cerebrali.
ReWalk è un esoscheletro bionico commerciale realizzato in Israele e pensato per assistere paraplegici in modo da mantenerli in stazione eretta e aiutarli a camminare. Questa macchina è diventata di colpo popolare l’8 maggio 2012 quando una donna inglese paralizzata la usò per correre una maratona: completò la gara in 17 giorni e divenne la prima persona a vivere stabilmente con l’aiuto di un esoscheletro. Ma il suo costo è ancora piuttosto elevato, qualcosa come 85 mila dollari. Un esoscheletro deve essere duro e resistente, mentre il corpo umano che lo deve indossare è morbido e delicato. I nuovi materiali hanno risolto molti problemi di peso, resistenza e biocompatibilità: sensori, accelerometri (dispositivi che segnalano la direzione verso la quale avviene un movimento), giroscopi (per mantenere l’equilibrio), motori e attuatori hanno raggiunto uno straordinario livello di funzionalità e miniaturizzazione. L’interfaccia cervello-esoscheletro è la questione più complessa da risolvere. Il casco indossato dal paraplegico deve rilevare le onde cerebrali associate ai movimenti da compiere, movimenti impediti dalla mancata trasmissione nervosa ai muscoli che comandano gli arti. Il prototipo del casco utilizzato da Juliano Pinto per inaugurare il Mondiale di calcio è stato costruito con una stampante in 3D. Fino a poco tempo fa era solo fantascienza.

 
 
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