Da sinistra a destra: Alona Shagan Shomron, Syn Schmitt, Christoph Keplinger and Daniel Häufle.
Creato un metodo che combina la riproduzione di episodi di tremore registrati dal paziente e misura la soppressione del tremore in una piattaforma robotica, definita un paziente meccanico
Si stima che circa 80 milioni di persone in tutto il mondo vivano con un tremore. Ad esempio, coloro che vivono con la malattia di Parkinson. I movimenti periodici involontari a volte influenzano fortemente il modo in cui i pazienti sono in grado di svolgere attività quotidiane, come bere da un vetro o scrivere. I dispositivi robotici morbidi indossabili offrono una potenziale soluzione per sopprimere tali tremori. Tuttavia, i prototipi esistenti non sono ancora abbastanza sofisticati da fornire un vero rimedio.
Gli scienziati del Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), dell'University of Tübingen e dell'University of Stuttgart, nell'ambito della collaborazione Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (BITS) (1), vogliono cambiare le cose. Il team ha dotato un braccio biorobotico di due fasci di muscoli artificiali legati lungo l'avambraccio. Come si può vedere in questo video (2), il braccio biorobotico, qui soprannominato paziente meccanico, simula un tremore. Sono stati registrati diversi tremori reali e proiettati sul braccio biorobotico che poi rispecchia il modo in cui ogni paziente scuote il polso e la mano. Tuttavia, una volta attivata la soppressione del tremore, i muscoli artificiali leggeri, che sono realizzati con attuatori elettroidraulici, si contraggono e si rilassano in modo tale da compensare il movimento avanti e indietro. Ora, il tremore può essere difficilmente percepito o visto.
Con questo braccio, il team vuole raggiungere due obiettivi: in primo luogo, il team vede il proprio braccio biorobotico come una piattaforma per altri scienziati del settore per testare nuove idee nella tecnologia degli esoscheletri assistivi. Insieme alle loro simulazioni biomeccaniche al computer, gli sviluppatori possono convalidare rapidamente quanto bene funzionano i loro muscoli artificiali morbidi, evitando così test clinici costosi e dispendiosi in termini di tempo su pazienti reali, il che in alcuni paesi non è nemmeno legalmente possibile.
Inoltre, il braccio funge da banco di prova per i muscoli artificiali per cui il Dipartimento di Materiali Robotici presso MPI-IS è ben noto nella comunità scientifica. Nel corso degli anni, questi cosiddetti HASELs sono stati perfezionati e migliorati. La visione del team è che gli HASELs (3) diventino un giorno i mattoni di un dispositivo indossabile di assistenza che i pazienti affetti da tremore possano indossare comodamente per essere in grado di affrontare meglio le attività quotidiane come tenere una tazza.
La dottoressa Alona Shagan Shomron (4), post dottorato presso il Dipartimento di Materiali Robotici presso MPI-IS e prima autrice di un articolo di ricerca pubblicato sulla rivista Device (5) racconta: «Vediamo un grande potenziale per i nostri muscoli di diventare i mattoni di un indumento che si può indossare in modo molto discreto e con l'obiettivo che gli altri non si accorgano nemmeno che la persona soffre di tremore. Abbiamo dimostrato che i nostri muscoli artificiali, basati sulla tecnologia HASELs, sono abbastanza veloci e forti per un'ampia gamma di tremori al polso. Ciò dimostra il grande potenziale di un dispositivo di assistenza indossabile basato su HASELs per le persone che vivono con un tremore».
«Con la combinazione di paziente meccanico e modello biomeccanico possiamo misurare se i muscoli artificiali testati sono abbastanza buoni da sopprimere tutti i tremori, anche quelli molto forti. Quindi, se mai creassimo un dispositivo indossabile, potremmo regolarlo per rispondere individualmente a ogni tremore», aggiunge il dottor Daniel Häufle (6). È professore presso l'Hertie Institute for Clinical Brain Research dell'University of Tübingen. Tra le altre cose, ha creato la simulazione al computer e raccolto i dati sui tremori dai pazienti.
«Il paziente meccanico ci consente di testare il potenziale delle nuove tecnologie in una fase molto precoce dello sviluppo, senza la necessità di costosi e lunghi test clinici su pazienti reali», afferma il dottor Syn Schmitt (7), professore di biofisica computazionale e biorobotica presso l'University of Stuttgar. «Molte buone idee spesso non vengono ulteriormente perseguite, poiché i test clinici sono costosi e richiedono molto tempo e sono difficili da finanziare nelle primissime fasi dello sviluppo della tecnologia. Il nostro paziente meccanico è la soluzione che ci consente di testare il potenziale in una fase molto precoce dello sviluppo».
«La robotica ha un grande potenziale per le applicazioni sanitarie. Questo progetto di successo evidenzia il ruolo chiave che i sistemi robotici morbidi, basati su materiali flessibili e deformabili, svolgeranno», conclude il dottor Christoph Keplinger (8), direttore del dipartimento di materiali robotici presso MPI-IS.
Riferimenti:
(1) Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (BITS)
(2) Artificial Muscles for Tremor Suppression
(3) HASEL actuators with muscle-like performance
(6) Daniel Häufle
(7) Syn Schmitt
Descrizione foto: Da sinistra a destra: Alona Shagan Shomron, Syn Schmitt, Christoph Keplinger and Daniel Häufle. - Credit: MPI-IS / W. Scheible.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Artificial muscles propel a robotic leg to walk and jump>