Un maggiore controllo della propria gamba bionica per le persone amputate
Nell'ultimo decennio sono stati compiuti enormi progressi in relazione allo sviluppo di gambe bioniche. «Nonostante i miglioramenti apportati alle progettazioni delle protesi, le interfacce utilizzate per controllarle non sono ancora ottimali, il che può rendere difficile la deambulazione dell'amputato», afferma Jose González, responsabile della ricerca presso Ottobock, un'azienda specializzata in soluzioni protesiche. Con il sostegno del progetto SimBionics, finanziato dall'UE, Ottobock intende colmare il divario tra sviluppo di protesi e controllo delle stesse. A tal fine, il progetto ha sviluppato e testato un metodo innovativo inteso a controllare le gambe bioniche meccatroniche motorizzate. «Abbiamo creato una piattaforma del tutto non invasiva che consente alle persone amputate di controllare in modo volontario la propria gamba bionica, percependo al contempo le modalità di movimento della protesi», aggiunge González. La ricerca è stata intrapresa con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie.
Una copia digitale della gamba umana
La soluzione di SimBionics parte da una copia digitale della gamba umana che comprende tutte le sue ossa, nonché i muscoli e i tendini a esse collegati. Il concetto, sviluppato presso l’Università di Twente, ricorre all’impiego dei segnali elettrici generati dai restanti muscoli presenti nel moncone dell'amputato, chiamati elettromiografici (EMG), per pilotare la versione digitale della sua gamba fantasma. «Dato che il comportamento della gamba virtuale da noi stimato riflette quello della gamba fantasma dell'amputato, può essere utilizzato per controllare la gamba bionica», spiega González.
Misurare l’elettromiografia dalla superficie della pelle
SimBionics si è prefisso di misurare i segnali EMG dalla superficie della pelle, non tramite un dispositivo impiantato. Se da un lato ciò consente all'amputato di evitare interventi chirurgici invasivi, dall'altro il controllo di una protesi utilizzando solo questi segnali superficiali non è affidabile al 100%. Per questo motivo, i ricercatori hanno modellizzato importanti caratteristiche del sistema nervoso centrale come i riflessi muscolari e i riflessi primitivi, che in base a quanto ritenuto sarebbero alla base della nostra andatura. «Questi modelli sono in grado di rafforzare ulteriormente la robustezza e l'affidabilità del controllo della protesi, rendendola essenzialmente più reattiva alle perturbazioni esterne e migliorando l'equilibrio dell'amputato», osserva González.
Feedback sensoriale artificiale per fornire informazioni sul movimento della gamba bionica
Un'altra caratteristica fondamentale della soluzione di SimBionics è l'impiego di un feedback sensoriale artificiale per ripristinare la percezione dell'amputato rispetto ai movimenti della gamba bionica. Il sistema di feedback, sviluppato dall’Università di Aalborg, si basa su una prima fase di lettura dei dati provenienti dai sensori integrati nella protesi e da quelli aggiunti esternamente, seguita da un processo di traduzione di queste informazioni in profili di stimolazione che vengono quindi inviati alla persona amputata. «Fornire agli amputati la possibilità di sapere se la gamba si muove o meno non solo incrementa il loro controllo della protesi ma, potenzialmente, anche la loro sicurezza e fiducia nella deambulazione», osserva González.
Aiutare le persone amputate a camminare a diverse velocità
Dopo aver riunito tutti questi componenti e funzionalità, era giunto il momento di mettere alla prova la soluzione. Dopo averla testata con diverse persone amputate, i ricercatori hanno dimostrato con successo come SimBionics possa aiutare gli utenti a camminare a diverse velocità e ad eseguire altri movimenti complessi. «Il progetto apre le porte a un nuovo modo di pensare al controllo delle protesi degli arti inferiori, contribuendo al raggiungimento dell'obiettivo di ricreare circuiti biologici di tipo sensomotorio mediante l’utilizzo della modellizzazione neuromuscoloscheletrica e il feedback sensoriale artificiale», conclude González.
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