Mano robotica impiantabile comandata dal cervello

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Mano robotica: il primo impianto permanente. La protesi sensibile al tatto e capace di movimenti complessi è stata collegata a nervi e muscoli del moncone di una paziente svedese. Risponde ai comandi motori e restituisce percezioni, è la prima volta che questa tecnologia integrata viene usata nella vita reale.

Una donna svedese è diventata la prima paziente al mondo a ricevere un impianto transradiale (cioè sotto il gomito) di una mano robotica con sensibilità tattile, che potrà usare anche fuori dal laboratorio, nella vita di tutti i giorni. In un intervento pionieristico eseguito in Svezia, nelle due ossa dell’avambraccio della donna sono stati inseriti impianti in titanio dai quali si estendono 16 elettrodi che raggiungono i nervi e i muscoli del moncone, e fanno da “ponte” tra il cervello e la mano artificiale.

Gli elettrodi permettono di portare segnali motori alla mano, controllandone i movimenti, e anche di ricevere sensazioni tattili. È la prima volta che una protesi robotica di mano abile nei movimenti e “senziente” viene impiantata in modo permanente.

La protesi è stata sviluppata in Italia dalla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e dalla sua spin-off Prensilia, mentre l’intervento di impianto è stato eseguito presso lo Sahlgrenska University Hospital da Max Ortiz Catalan di Integrum, azienda specializzata in osteointegrazione, in collaborazione con la Chalmers University of Technology.

Una mano robotica, sensibile al tatto e comandata da input neuromuscolari, da utilizzare nella vita di tutti i giorni.|Prensilia/Scuola Superiore Sant'Anna/DeTop project

Una mano robotica, sensibile al tatto e comandata da input neuromuscolari, da utilizzare nella vita di tutti i giorni.|Prensilia/Scuola Superiore Sant’Anna/DeTop projectSuccesso condiviso. L’impianto fa parte del progetto di ricerca DeTOP (Dexterous Transradial Osseointegrated Prosthesis with neural control and sensory feedback), coordinato dall’Istituto di BioRobotica della Sant’Anna di Pisa e finanziato dalla Commissione Europea all’interno del programma Horizon 2020. Del progetto fanno farte, oltre a Prensilia, le Università di Gothenburg e di Lund (Svezia), l’Università di Essex (Regno Unito), il Centro svizzero di Elettronica e Microtecnologia, il Centro Protesi INAIL, l’Università Campus Bio-Medico di Roma e l’Istituto Ortopedico Rizzoli (Bologna).

Alcuni esempi delle capacità della mano robotica sviluppata in Italia. | Prensilia/Scuola Superiore Sant'Anna/DeTop project
Alcuni esempi delle capacità della mano robotica sviluppata in Italia. | Prensilia/Scuola Superiore Sant’Anna/DeTop project

un livello superiore di complessità. Le protesi tradizionali ricorrono ad elettrodi sistemati sulla pelle per estrarre i segnali di controllo motorio dai muscoli del moncone. Non sempre tuttavia questi segnali risultano affidabili, e le informazioni limitate che trasmettono sono sufficienti a compiere un paio di movimenti, di apertura e chiusura della mano. L’impianto di elettrodi in tutti i rimanenti muscoli del moncone consente di trasmettere e ricevere segnali più precisi: ecco perché la paziente è stata sottoposta a un intervento di osteointegrazione.

Prima d’ora, questa tecnica era stata sperimentata su un paziente amputato sopra il gomito: il caso dell’amputazione sotto il gomito è più complesso, perché l’impianto deve essere posizionato su due ossa (ulna e radio) e non su uno. Nell’avambraccio ci sono anche più muscoli a controllare il movimento, e questa è un’opportunità che ha consentito un controllo più preciso della protesi.

La paziente produce un movimento con una mano virtuale, comandata dagli elettrodi impiantati nell'avambraccio. Prima di "indossare" la protesi è necessario un training per rafforzare i muscoli del moncone. | Dr. Max Ortiz Catalan
La paziente produce un movimento con una mano virtuale, comandata dagli elettrodi impiantati nell’avambraccio. Prima di “indossare” la protesi è necessario un training per rafforzare i muscoli del moncone. | Dr. Max Ortiz Catalan

Le attuali mani prostetiche danno inoltre un limitato feedback sensoriale: l’utilizzatore deve ricorrere alla vista mentre le usa, perché non permettono di valutare con certezza la forza impiegata per afferrare un oggetto, di capire quando effettivamente avvenga il contatto o come stia proseguendo il movimento. Impiantando elettrodi sui nervi che prima raggiungevano la mano perduta, questi possono ricevere sensazioni tattili simili a quelle un tempo convogliate alla mano reale.

Un passo alla volta. Ora la paziente, reduce dall’impianto degli elettrodi, sta seguendo un programma di riabilitazione per rafforzare l’avambraccio e poterlo a breve caricare del peso della mano robotica. Nel frattempo, si sta allenando a comandare la mano attraverso un programma di realtà virtuale.

Tra qualche settimana potrà utilizzare la protesi per i compiti funzionali e tattili anche nella vita reale, fuori dal laboratorio: questa è forse la più grossa novità, perché di solito la protesi rimane impiantata per un breve periodo, sufficiente a compiere alcuni test di valutazione. Nei prossimi mesi, altri due pazienti riceveranno impianti di questo tipo, in Italia e in Svezia.

Qui sotto, un video che mostra i movimenti della mano:

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