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L'era del tatto artificiale è alle porte

Per la prima volta al mondo, una persona che ha subito un'amputazione è riuscita a distinguere superfici diverse con un polpastrello artificiale.
23.3.16

Qualche settimana fa uno studio pubblicato dalla rivista eLife ha descritto un importante traguardo raggiunto dalla robotica delle protesi: per la prima volta al mondo, una persona che ha subito un'amputazione, il danese Dennis Aabo Sørensen, è stato in grado di distinguere, con un margine di successo del 96%, superfici con texture differenti. Il tutto, utilizzando un dito bionico connesso a elettrodi inseriti chirurgicamente nei nervi del suo moncone.

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Durante i movimenti sulle varie superfici, il dito artificiale veniva in qualche modo deformato, i sensori presenti sulla protesi generavano segnali elettrici trasformati poi in sequenze di impulsi elettrici dirette ai nervi. Per sviluppare questa tecnologia in sicurezza, allo studio hanno partecipato anche persone non amputate.

Confrontando le attività delle onde cerebrali dei soggetti che hanno preso parte agli esperimenti, sono state rilevate attività nelle medesime regioni somato-sensoriali della corteccia. Questa evidenza conferma che gli aghi microneurografici utilizzati sulle persone non amputate portano informazioni relative alle texture comparabili a quelle prodotte dagli elettrodi impiantati nel braccio di Sørensen e, sopratutto, al metodo di trasmissione naturale.

L'importante risultato è stato raggiunto grazie al lavoro congiunto del professor Silvestro Micera e dal suo gruppo di ricerca presso l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne, in Svizzera e dal team del ricercatore Calogero Oddo dell'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa. Alla ricerca hanno collaborato l'Università di Pisa, l'IRCSS San Raffaele Pisana, l'Università Cattolica del Sacro Cuore, Università Campus Bio-Medico di Roma.

Ho contattato il Dottor Calogero Oddo per farmi raccontare quali sono le possibili applicazioni di questa tecnologia e per comprendere meglio un senso di cui si parla poco: il tatto.

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Motherboard: Qual è la componente innovativa del vostro metodo?

Calogero Oddo: Invece di applicare pressione sulla cute del moncone per ricreare una mappatura delle sensazioni, connettiamo i nostri strumenti direttamente ai nervi garantendo informazioni sensoriali più ricche, per quanto ridotte rispetto a quelle naturali: la mano umana possiede 17.000 recettori, cinque dei nostri polpastrelli artificiali dispongono solo di 80 sensori, una differenza notevole che in futuro si assottiglierà.

"Senza sensori tattili la mano non ha funzionalità—prova a manipolare un oggetto con una mano addormentata"

Si parla molto di vista e udito artificiali. Quali sono, invece, i benefici del tatto artificiale?

Per prima cosa, la mano artificiale deve riuscire a muoversi. Questo obiettivo è stato raggiunto attraverso elettrodi superficiali che intercettano l'intenzione motoria e la convertono in comandi diretti alla protesi. Il problema ulteriore è la destrezza: ci accontentiamo di controllare la mano robotica solo come una pinza o vogliamo qualcosa di più?

La questione finora è stata affrontata sfruttando l'approccio detto "shared control": si forniscono semplicemente le funzionalità motorie alle protesi e queste trovano il modo di auto-regolarsi. Ma per ottenere un controllo naturale è necessario disporre di un ritorno sensoriale che coinvolga anche il cervello.

Ed è qui che entra in gioco la parte sensoriale. Senza sensori tattili la mano non ha funzionalità—prova a manipolare un oggetto con una mano addormentata! Non ci riuscirai, questo fa comprendere quanto l'informazione tattile sia centrale nel coordinamento delle dita.

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Il tatto artificiale può aiutare i portatori di protesi ad accettarle come parte del proprio corpo?

Certamente. Uno dei disagi maggiori è causato dalla sindrome dell'arto fantasma: la persona amputata continua ad avvertire la presenza dell'arto mancante perché i nervi del moncone ricevono ugualmente impulsi spesso dolorosi. Una mano robotica che bypassi l'arto asportato connettendosi direttamente ai nervi per fornire sensazioni tattili "reali" può mitigare questo genere di sofferenza.

Esistono applicazioni del tatto artificiale che esulano dalle protesi?

Nel caso di sordità e cecità non operabili con neuro-protesi, il ritorno tattile può fornire informazioni almeno in parte sostitutive. Uno dei progetti a cui sto collaborando riguarda lo sviluppo di tecnologie per aiutare i non-vedenti a in un contesto urbano. Potremmo definirle device sostitutivi del cane guida che comunicano tramite stimolazione vibro-tattile.

Luca Fanucci dell'Università di Pisa ha condotto un esperimento in cui soggetti non-vedenti attraversavano un percorso guidato sulle mura di Lucca con l'aiuto di un bastone smart. Un sistema GPS tracciava la loro posizione, mentre il bastone aumentante restituiva vibrazioni differenti a seconda del genere di ostacoli incontrati.

"Il senso del tatto può rivelarsi molto utile in casi come il disastro della piattaforma petrolifera Deepwater Horizon nel Golfo del Messico o l'incidente di Fukushima."

E per quanto riguarda persone che non hanno subito danni fisici?

Nella chirurgia robotica sistemi come robot Da Vinci funzionano ricevendo in input i movimenti delle mani di un chirurgo. Ogni movimento viene convertito in equivalenti azioni eseguite dal robot secondo un rapporto scalare—ad esempio, un movimento umano di un centimetro può corrispondere ad uno spostamento di un micron del robot. Se grazie al nostro tatto artificiale, riuscissimo a garantire un ritorno tattile al chirurgo che opera per regolare le sue azioni di conseguenza, riusciremmo a potenziarne le capacità di controllo.

E al di fuori dell'ambito medico?

Il tatto artificiale potrebbe rivelarsi utile nella robotica di soccorso. Pensa al caso dell'esplosione della piattaforma petrolifera Deepwater Horizon nel Golfo del Messico. Una falla a grande profondità immetteva petrolio in acqua. I robot subacquei però facevano affidamento solo sulla vista, quindi non erano l'ideale per operare in una situazione in cui il petrolio offuscava i loro sensori visivi.

In contesti impervi come quello del Golfo del Messico, oppure dopo l'incidente di Fukushima o in caso di incendi, il senso del tatto può rivelarsi molto utile. D'altronde anche noi grazie al nostro tatto naturale riusciamo a orientarci al buio con estrema precisione: il tatto è un senso decisamente sottovalutato.