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Robotica e IA

“Io, robot”: solo fantascienza?

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Scritto da Sandra Sozzi

Parlando di robotica si apre un interrogativo cruciale per il futuro dell’umanità: quali sono gli strumenti più efficaci per la progettazione di vita, salute e lavoro del futuro? In uno scenario in cui il progresso tecnologico accoglie nuove soluzioni strategiche per problemi di uso comune, la robotica può diventare un mezzo fondamentale per un efficace raggiungimento di obiettivi lavorando sulla cooperazione tra persona umana e robot.

Tantissimi sono gli ambiti per cui la robotica può rivelarsi utile nella gestione di situazioni complesse: l’assistenza clinico-sanitaria (ad esempio per telemedicina e decontaminazione) e la sicurezza sulle strade e sui luoghi di lavoro rappresentano solo due di questi.

Robotica biomedica, cos’è e perché è utile

La robotica biomedica è un settore emergente dell’ingegneria biomedica che si occupa dello sviluppo di dispositivi robotici con lo scopo di migliorare la qualità delle terapie e dei trattamenti, offrendo al medico e alla sua equipe un “assistente” robot affidabile e potenzialmente infallibile. 
La robotica può intervenire in aree specifiche quali la prevenzione, la diagnosi e lo screening, oltre che nella cura del paziente.

Interventi più efficaci e meno invasivi

La chirurgia robotica rende più efficace e meno rischioso il lavoro dei chirurghi in sala operatoria.
L’utilizzo del Robot Da Vinci, per esempio, è notevolmente diffuso in Italia per interventi di prostatectomia robotica e per il trattamento di tumori all’utero e all’addome. Esso è costituito da due parti principali: quella che esegue materialmente l’intervento sul paziente, e l’apparato che grazie a uno schermo in 3D consente al chirurgo di guidare i bracci sui quali sono montati gli strumenti.

Robotica al servizio delle disabilità

La robotica biomedica combatte le disabilità attraverso l’impiego di dispositivi indossabili che consentono di recuperare la funzionalità di arti e organi danneggiati da incidenti o malattie. Si parla sostanzialmente di protesi robotiche ed esoscheletri, soft robot e “tute” sensorizzate che consentono di stringere un oggetto, tornare a camminare, vedere o sentire di nuovo.

Lokomat, ReWalk, Amadeo: incidenti e malattie fanno meno paura

I progressi compiuti dalla tecnologia e dalla robotica hanno introdotto nuovi e più efficaci sistemi di trattamento.

L’obiettivo della tecnologia robotica in ambito riabilitativo è sviluppare dispositivi robotici che si adattino alla realtà e alle esigenze degli esseri umani: il dispositivo robotico non è più solo uno strumento da utilizzare per sostituire l’uomo nelle sue mansioni quotidiane, ma è concepito come uno strumento a disposizione dell’uomo per collaborare ad ottimizzare e migliorare la sua prestazione.
La riabilitazione supportata dall’utilizzo di sistemi robotici comporta numerosi vantaggi, tra cui l’intensificazione dei trattamenti e la realizzazione di protocolli personalizzati che rendono la riabilitazione specifica e ottimale per il paziente. In particolare, attraverso questo approccio, si prevede la possibilità di settare e gestire alcuni parametri in modo specifico per il paziente (la tipologia dell’esercizio, il livello di assistenza da parte del robot, la forza che il paziente deve esercitare, le traiettorie da seguire, la velocità di mobilizzazione).

Lokomat, Rewalk e Amadeo sono tre esempi di dispositivi robotici che permettono di recuperare una discreta funzionalità corporea a pazienti con patologie neurologiche ed ortopediche.
I sistemi citati sono classificati come esoscheletri che fungono da aiuto per persone con difficoltà e deficit nei movimenti delle braccia e delle mani, problemi del cammino e disturbi dell’equilibrio.
In generale, gli esoscheletri sono sistemi meccatronici indossabili, il cui movimento è analogo a quello svolto fisiologicamente dal paziente e in cui l’interfaccia robot/paziente è estesa a tutto l’arto o distretto corporeo da riabilitare.

Sistema robotico “Amadeo”

Amadeo è stato il primo sistema per la riabilitazione delle dita e consiste di magneti che consentono il collegamento delle dita del paziente al sistema stesso. Amadeo è un dispositivo robotico che, interagendo con la realtà virtuale, si adatta alle esigenze del paziente, variando velocità e tipologia di movimenti. Un sistema di sensori rileva se gli esercizi vengono eseguiti in modo corretto.

In particolare, il processo riabilitativo si divide in step successivi. Si parte dalla fase acuta iniziale che consiste in una terapia di tipo passivo della mano e, per passaggi consecutivi, si arriva ad un movimento attivo assistito da robot. I movimenti vengono monitorati e analizzati attraverso un biofeedback integrato.
Il software integrato permette, inoltre, la simulazione del movimento fisiologico di presa e altri movimenti tipici delle dita, il calcolo e la visualizzazione della forza isometrica (forza massima sviluppabile) di ogni dito e la forza misurata durante ogni ripetizione del ciclo di flessione ed estensione (movimento di presa).

Robot per l’autismo

I robot sociali sono sempre più coinvolti nella nostra vita quotidiana e forniscono un ambiente idoneo ed efficace per la crescita dei bambini. Sono robot che si occupano anche di disabilità cognitiva, e possono essere messi a disposizione di bambini autistici stimolandone la curiosità, l’interazione, l’attenzione aiutandoli a comunicare con l’esterno; quanto detto, avviene sfruttando l’empatia che si va ad instaurare tra i piccoli e i robot.

Ask Nao, acronimo di Autism Solution for Kids, è un software disponibile per Nao, il robot umanoide programmabile che può avere diverse funzioni, tra cui stimolare l’attenzione dei bambini affetti da autismo con una serie di giochi ed esercizi didattici sullo sviluppo della comunicazione verbale e non verbale.
Per Ian Lowe, insegnante di una scuola di Birmingham che ha utilizzato Ask Nao in via sperimentale, “i robot interagiscono meglio con i bambini autistici perché non hanno emozioni, sono “meno minacciosi” e più carismatici; con loro, i tempi di reazione si accorciano e instaurare un dialogo diventa più facile”.

La robotica come mezzo all’avanguardia durante un’emergenza sanitaria

Sono già state sperimentate applicazioni in cui i robot svolgono compiti di ausilio all’attività umana, riducendo i rischi e il carico di lavoro del personale sostituendosi/affiancandosi ad esso in attività semplici ma gravose: lo screening mediante termometri o telecamere a infrarossi, la disinfezione di superfici, la consegna di pasti e medicine a persone anziane o in isolamento. È stato anche studiato e programmato il loro impegno per accelerare gli esami di laboratorio sui tamponi.

I robot non hanno solo la funzione di processare informazioni e dati, ma sono macchine in grado di agire, muoversi, manipolare, sollevare pesi, trasportare e ciò può essere sfruttato per razionalizzare molti servizi sanitari, ottimizzando l’uso di risorse umane e finanziarie garantendo, allo stesso tempo, qualità, efficacia e sicurezza dei servizi. L’attività dei robot va integrata con il lavoro umano consentendo al personale medico, paramedico e socio-sanitario di concentrarsi su compiti più delicati e impegnativi.

Romeo, il robot per anziani

I robot per anziani vanno a rimarcare quelli che sono i vantaggi dell’introduzione di robot, soprattutto umanoidi, nelle famiglie.
I robot per anziani sono intesi come una sorta di “robot badanti”, pensati per sopperire alle difficoltà di chi si ritrova a vivere da solo per buona parte della giornata.
Romeo, ad esempio, è un robot pensato ad hoc per assistere persone con un’autonomia compromessa: è capace di aprire le porte, salire le scale, afferrare oggetti, orientarsi autonomamente tra una stanza e l’altra; attività garantite dalla presenza di 37 gradi di libertà.
È accessoriato con due telecamere montate in prossimità delle sopracciglia, che ne consentono il riconoscimento dei volti. Migliorando la sua intelligenza artificiale, Romeo sarà in grado di riconoscere caratteristiche e interessi della persona con cui si approccia e questo permetterebbe il crearsi di un legame profondo tra robot e anziano.

Sarà in grado di cucinare, intraprendere una conversazione, ricordare appuntamenti, dosare farmaci, aiutare l’anziano nei movimenti, chiamare un’ambulanza se necessario. Insomma, fungerà da vero e proprio badante, competente e preparato.
L’obiettivo finale degli sviluppatori è mettere Romeo robot nelle condizioni di prevedere i bisogni del suo interlocutore. 

La svolta del futuro: approccio bioispirato

Il futuro del “mondo robotico” si baserà sempre di più sull’osservazione del comportamento degli organismi viventi e i robot potranno essere considerati in tutto e per tutto macchine bioispirate in grado di crescere e di adattarsi ai diversi contesti in cui verranno utilizzati.
Gli essere viventi sono organismi caratterizzati da un elevato grado di complessità che consente loro di avere un comportamento senso-motorio efficace, mentre i robot peccano sulla capacità di affrontare la complessità del mondo reale a causa delle semplificazioni che li adattano all’ambiente circostante: è in questo verso che si muove attualmente la ricerca, ovvero riuscire a mantenere, in fase progettuale e di fabbricazione, quella complessità strutturale che consenta efficacia e utilità nelle applicazioni del mondo reale.
Inoltre, gli esseri viventi sono perfettamente integrati nell’ambiente naturale durante l’intero ciclo di vita, i robot invece, come la maggior parte dei sistemi tecnologici, sfruttano risorse naturali per poi diventare al termine del ciclo di utilizzazione rifiuto da smaltire.

La robotica del futuro dovrà essere bioispirata e sostenibile, con robot green costruiti con materiale riciclabile e biodegradabile, in grado di alimentarsi con fonti energetiche rinnovabili e che, una volta terminato il proprio ciclo operativo, possano decomporsi senza incidere negativamente sull’ambiente.

E’ questa la visone dei robot del futuro tracciata dal Centro di Micro-Biorobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia e dall’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna nell’articolo “A vision for future bioinspired and biohybrid robots”.


La progettazione dei robot supererà la soft robotics, i materiali intelligenti e la robotica evolutiva creando non solo sistemi multifunzionali, biocompatibili, capaci di auto-apprendere, ma anche perfettamente integrati con l’uomo e con l’ambiente, e in grado di migliorare il benessere e la qualità della vita.


Fonti e approfondimenti:
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Informazioni autore

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Sandra Sozzi

Studentessa di Ingegneria Biomedica all'Università di Pisa con la voglia di mettersi in gioco e di migliorarsi sotto tanti punti di vista. Da sempre affascinata dalla multidisciplinarietà dell'ingegneria applicata al settore medico e interessata alla sua divulgazione

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