Robin af Ekenstam aveva un problema, un grosso problema: una grave forma tumorale alla mano. Così grave che i medici decisero di amputargliela. E a quel punto, Robin af Ekenstam, svedese, aveva un secondo problema: era privo di un arto. Ma è giusto continuare a parlare del passato, in merito ai suoi problemi, perché grazie a un gruppo di scienziati italiani della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, e svedesi, dell’Università di Lund, Robin è il primo individuo a usare Smarthand.

È, presente, perché questa tecnologia è già pronta all’uso e, incredibile, funziona a meraviglia. Si tratta, nella sua essenza, di una mano artificiale, ma grazie alla neuroscienza è anche in grado di fornire sensazioni tattili. E così, con i suoi quattro motori e quaranta sensori, SmartHand promette di ridare, o dare per la prima volta, il tatto a chi non ha questo prezioso senso. Come?
Ce lo spiega la Professoressa Maria Chiara Carrozza, Direttore della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, in un’intervista esclusiva a Wired.it.

W: Innanzitutto, la ringraziamo per questa intervista. Partiamo con una breve descrizione dell’ARTS e delle sue attività, che immagino spazino in vari ambiti.

Il Laboratorio ARTS è stato fondato alla fine degli anni ’80 da Paolo Dario e sta quindi per festeggiare venti anni. Per merito delle intuizioni e della capacità di Paolo Dario, l’ARTS ha lanciato i temi della robotica di servizio, quando ancora in Italia non erano affrontati. Adesso, grazie alla definizione di un nuovo piano strategico, è prevista l’unione dell’ARTS con il laboratorio di micro e nano ingegneria CRIM, per la costituzione di un istituto di studi avanzati di biorobotica.

W: Come e quando è nato il progetto Smarthand?

La Scuola Superiore Sant’Anna e in particolare il laboratorio ARTS si occupa dello studio e dello sviluppo di mani robotiche artificiali e di protesi di mano innovative dal 1999. Il progetto SmartHand è stato concepito nel 2005 al termine del progetto Europeo CyberHand, di cui la Scuola Superiore Sant’Anna era coordinatrice. CyberHand è stato il primo progetto che concepiva lo studio di una mano neuro-controllata (cioè controllata col pensiero) nella sua interezza, considerando cioè lo sviluppo integrato di tutte le sue componenti funzionali: la mano, il link telemetrico per lo scambio di informazioni tra la mano e il sistema impiantato, l’interfaccia di controllo e stimolazione, gli elettrodi a contatto con i nervi periferici. SmartHand ha poi ricevuto il finanziamento da parte della commissione ed è partito nel Novembre del 2006.

W: In cosa consiste questo rivoluzionario progetto? Cosa lo distingue dagli altri tipi di arti artificiali?

L’obiettivo del progetto è lo stesso, da tempo perseguito alla Scuola: realizzare una protesi di mano controllabile intuitivamente e in grado di restituire stimoli sensoriali alla persona; in altre parole, una mano in grado di trasformare l’intenzione dell’amputato in azione della mano robotica, e allo stesso tempo, l’interazione col mondo della mano in percezione per la persona. Le mani artificiali tradizionali e in commercio, si differenziano molto da questo concetto, sia perché sono semplici pinze e quindi, con una destrezza molto limitata, sia perché non sono controllate naturalmente, e perché non restituiscono all’amputato nessuno stimolo di feedback sensoriale. La mano SmartHand invece è una mano che grazie ai suoi 4 motori contenuti nel palmo, e ai suoi numerosi gradi di libertà, è capace di effettuare molte delle prese utili nelle attività quotidiane; inoltre ha 40 sensori capaci di rilevare forza, posizione, e pressione tattile, fondamentali per il feedback sensoriale.

W: Come funziona la tecnologia tattile?
Tutto si basa sul fenomeno dell’arto fantasma. Da subito dopo l’amputazione, a causa di una rimappatura corticale che coinvolge le aree del cervello relative all’arto superiore, le aree che si occupavano dell’avambraccio vanno ad espandersi e ad occupare le zone relative alla mano che non c’è più. Il risultato di questa riorganizzazione celebrale è che la persona perde l’arto ma lo percepisce ancora: arto fantasma, appunto.
Le forze misurate dai sensori di forza sulle dita, sono utilizzate per stimolare con una pressione proporzionale determinati punti del moncone dell’amputato. Quegli stessi punti, in cui la persona percepisce gli stimoli come se provenienti dalle dita della mano amputata, provenienti cioè dalle dita dell’ arto fantasma. Gli stimolatori utilizzati sono stati sviluppati dall’università di Lund, e si basano su piccoli servomotori. Essi però, non sono ad oggi integrabili all’interno dell’invaso protesico, e per questo motivo, all’ARTS abbiamo recentemente sviluppato un sistema di stimolatori basato su piccolissimo vibratori, effettivamente integrabili. Il prossimo mese, valideremo l’efficacia di questo nuovo sistema.

Quali tipi di intervento chirurgico richiede Smarthand per essere installato?

La mano SmartHand è un prototipo di ricerca. Non richiede nessun intervento chirurgico perché si basa su interfacce di controllo non invasive. Il controllo avviene attraverso un sofisticato classificatore elettromiografico basato su 8 coppie di elettrodi superficiali, in grado di misurare le contrazioni dei muscoli dell’arto residuo.

Può riassumerci le fasi che hanno portato alla creazione del prototipo di Smarthand, dall’ideazione alla realizzazione?

Prima della progettazione, un lavoro di indagine sui reali desideri degli amputati, dello stato dell’arte preesistente e sulla biologia della mano naturale è stato accuratamente realizzato. La mano SmartHand infatti è un progetto di bio-ingegneria. Le fasi sono state essenzialmente 3: sviluppo della meccanica, dei sistemi di attuazione e trasmissione; integrazione meccatronica dei sensori; sviluppo del controllore dedicato. Questa metodologia di progetto è stata recentemente oggetto di una pubblicazione su una prestigiosa rivista internazionale di robotica.

Quante persone dell’ARTS si sono occupate del progetto? Può dirci i nomi delle principali che hanno lavorato con lei?

La mano robotica SmartHand è il risultato del lavoro del laboratorio e di tanti anni di ricerca nel settore; per questo progetto si può tuttavia, ed è giusto farlo, fare due nomi: gli ingegneri Christian Cipriani e Marco Controzzi, con i quali abbiamo recentemente vinto un premio nazionale molto importante per progetti di dispositivi meccatronici di aiuto ai disabili dall’associazione italiana di robotica e automazione.

In Smarthand di cosa si è occupata l’Università di Lund e di cosa, invece, il vostro gruppo?

Il mio gruppo ha sviluppato la mano robotica, e il sistema di feedback vibrotattile. All’Università di Lund era affidato lo sviluppo dell’interfaccia di controllo e stimolazione.

Con quali finanziamenti è stato sovvenzionato Smarthand? Avendo a disposizione ulteriori fondi, dove pensa si possa arrivare? Qual è il passo successivo del progetto? Quando Smarthand sarà reso disponibile su “larga scala”?

SmartHand è un progetto Europeo che finirà a Gennaio 2010. Altri fondi sono necessari alla ricerca per perseguire gli obiettivi, anche se molto è stato fatto.

Immagina altri utilizzi per questo progetto, oltre a quelli medici?

Parlo della mano: lo sviluppo di una mano robotica sensorizzata e con capacità manipolative può avere ricadute in molti settori: dall’automazione industriale, alla tele-operazione in applicazioni spaziali, alla robotica umanoide.

La ringraziamo moltissimo per la disponibilità e, da parte di Wired.it, auguriamo tutto il successo che merita, a Lei e ai suoi collaboratori!
Grazie a voi.

Fonte: Wired