Le protesi robotiche autonome con IA richiedono movimenti a velocità “umana” per massimizzare l'embodiment, agency e accettazione delle protesi intelligenti. Movimenti troppo rapidi o troppo lenti aumentano disagio e riducono usabilità, un dato cruciale per progettare arti robotici soprannumerari, esoscheletri e tecnologie bioniche avanzate
Fino a che punto un braccio robotico autonomo può sembrare parte del corpo umano.
Quando i bracci protesici con l'intelligenza artificiale, quelli che si muovono da soli, diventeranno comuni da un momento all'altro, credo che dovremo capire davvero come la gente li vedrà e se li accetterà o no. In questo studio, uscito su Scientific Reports (1), gli scienziati hanno provato a simulare con la realtà virtuale la sostituzione di un braccio di chi partecipava con una protesi robotica, per verificare che effetto faceva.
Hanno osservato soprattutto come la velocità con cui si muove la protesi cambia le cose, sull'embodiment, che è come incorporare il corpo, inclusa la sensazione che quel braccio sia davvero tuo, l'usabilità pratica, e pure le impressioni sociali sul robot. Ad esempio: se sembra competente o se crea disagio, non so, mi sembra un po' complicato da misurare bene. Alcuni dettagli su come le persone reagiscono, forse la velocità lenta fa sentire più a proprio agio, mentre quella veloce potrebbe spaventare un po'. Non è chiarissimo, ma lo studio esamina proprio questo, la percezione di appartenenza e tutto il resto, senza arrivare a conclusioni perfette. È interessante, però, per il futuro di queste protesi.
Queste verifiche hanno permesso di accertare che i movimenti eccessivamente rapidi o eccessivamente lenti riducevano la percezione di appartenenza corporea e l’usabilità, mentre una velocità moderata, vicina al naturale movimento umano di raggiungimento - con una durata di circa un secondo - produceva le impressioni più positive.
Quando una persona perde una mano o un braccio, gli arti protesici sono tecnologie essenziali per mantenere le funzioni quotidiane. Finora, gran parte della ricerca sulle protesi si è concentrata su metodi di controllo che permettono al dispositivo di muoversi secondo l’intenzione dell’utente, spesso utilizzando segnali biologici come l’elettromiografia (EMG) e l’elettroencefalografia (EEG), e sul miglioramento dell’accuratezza di tale controllo. Nel frattempo, i progressi nel machine learning e nell’intelligenza artificiale rendono sempre più realistico che le protesi future valutino la situazione e forniscano assistenza attraverso movimenti autonomi o semi-autonomi. Tuttavia, quando una parte del corpo si muove indipendentemente dalla propria volontà, è probabile che le persone la percepiscano come “inquietante” o “non parte del mio corpo”, creando un ostacolo significativo all’accettazione.
Affrontando questo problema, lavori precedenti hanno suggerito che, anche se un arto si muove da solo, il disagio può essere ridotto e l’accettazione come parte del corpo può aumentare quando l’obiettivo o l’intenzione del movimento è comprensibile. Sulla base di questa idea, il dottor Harin Manujaya Hapuarachchi (2) e i suoi colleghi (Hapuarachchi era dottorando al momento dello studio ed è ora Assistant Professor presso la School of Informatics della Kochi University of Technology) si sono concentrati sulla velocità del movimento. Egli spiega: «In realtà virtuale abbiamo presentato un avatar il cui l'avambraccio sinistro era sostituito da un arto protesico, e i partecipanti hanno eseguito un compito di raggiungimento. Il braccio protesico (un avambraccio virtuale) si fletteva autonomamente verso un bersaglio, e abbiamo variato sistematicamente la durata del movimento su sei livelli (da 125 ms a 4 s). Dopo ciascuna condizione, i partecipanti valutavano la percezione di appartenenza corporea, il senso di agency (sensazione soggettiva di essere l’autore delle proprie azioni), l’usabilità (SUS) e le impressioni sociali sul robot (RoSAS: competenza, calore e disagio)».
I risultati sono stati chiari
- A una velocità moderata (durata del movimento di 1 s), la percezione di appartenenza corporea, l’agency e l’usabilità erano più elevate.
- Nelle condizioni più veloce (125 ms) e più lenta (4 s), la percezione di appartenenza corporea, l’agency e l’usabilità erano significativamente inferiori.
- La competenza percepita era maggiore a velocità moderate o leggermente più rapide, mentre il disagio era più elevato nella condizione più veloce. Il calore non mostrava una chiara dipendenza dalla velocità.
Questi risultati indicano che, in un futuro in cui le protesi abilitate dall’IA forniranno assistenza autonoma, non è sufficiente perseguire soltanto prestazioni più rapide e più accurate. Al contrario, la velocità del movimento dovrebbe essere progettata in modo da corrispondere a ciò che le persone possono facilmente accettare come parte del proprio corpo.
Queste intuizioni possono informare non solo la progettazione di bracci protesici autonomi, ma anche altre forme di aumentazione robotica del corpo, come arti robotici soprannumerari (arti aggiuntivi), esoscheletri e robot indossabili, che operano come estensioni funzionali del corpo.
Guardando al futuro, esamineremo anche l’adattamento e l’apprendimento attraverso l’uso a lungo termine. Le persone possono arrivare a percepire strumenti familiari come se fossero parte del proprio corpo. Se una parte del corpo robotica, veloce e accurata, viene utilizzata continuamente nella vita quotidiana, potrebbe diventare “normale”, risultare più facile da usare ed essere più facilmente incorporata.
Infine, l’uso della realtà virtuale è importante perché consente ai ricercatori di simulare in modo sicuro tecnologie protesiche e schemi di controllo che non sono ancora ampiamente disponibili, permettendo di valutare in anticipo i requisiti psicologici, legati all’accettazione e alla progettazione.
Riferimenti:
(2) Harin Manujaya Hapuarachchi
Descrizione foto: Nella realtà virtuale, i partecipanti incarnavano un avatar il cui avambraccio sinistro era sostituito da un braccio protesico autonomo che si fletteva verso un bersaglio a diverse velocità di movimento. - Credit: TOYOHASHI University of Technology.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: How much can an autonomous robotic arm feel like part of the body