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Robotica e IA Sistemi Protesici

MYKI: l’innovativa mano robotica italiana sfrutta i campi magnetici

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Perchè si può parlare di mano robotica innovativa? In cosa MYKI, la mano robotica sviluppata dalla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, differisce rispetto alle protesi di arto superiore finora sviluppate? L’innovazione del nuovo arto bionico risiede nel principio di funzionamento basato sulle proprietà del campo magnetico. La tecnologia alla base dell’innovazione ha permesso al progetto di aggiudicarsi il finanziamento dello European Research Council.

Il progetto

MYKI (Bidirectional Myokinetic Implanted Interface for Natural Control of Artificial Limbs), è il primo finanziamento europeo (ERC) assegnato alla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa (Figura 1). Il progetto si inserisce nell’area di ricerca dell’Artificial Hands Area e ha come obiettivo principale quello di sviluppare una protesi di mano che sia controllata e percepita in modo naturale e simultaneamente dal soggetto amputato.

myki logo progetto mano
Figura 1: Logo del progetto MYKI – Credits: MYKI

Le caratteristiche

Per ottenere un sistema innovativo si sfruttano i principi del campo magnetico. Il sistema, infatti, prevede l’impianto di magneti delle dimensioni di qualche millimetro all’altezza dei muscoli dell’avambraccio. Lo spostamento di tali magneti, prodotto a seguito della contrazione muscolare, attiverà la mano robotica. Gli approcci convenzionali dai quali MYKI si discosta, sfruttano la registrazione di segnali elettrici del sistema nervoso periferico. La nuova tecnologia implementata, invece, riesce a decodificare gli stimoli motori che il paziente manda alla macchina, muovendola tramite l’utilizzo di attuatori e restituendo un feedback tattile all’individuo grazie alla presenza di sensori di forza e posizione.

La protesi è progettata in modo da riuscire a compiere le prese principali, utili in attività di vita quotidiana. In particolare riesce a garantire:

  • La mobilità indipendente di pollice e indice;
  • L’opposizione del pollice.

Nel nostro portale abbiamo affrontato l’argomento relativo alla progettazione e sviluppo di mani robotiche e di protesi di arto superiore in diversi articoli, consultabili di seguito:

Obiettivi scientifici e tecnologici

Per poter sviluppare la tecnologia del progetto, si è reso necessario sviluppare il localizzatore magnetico, capace di leggere la variazione di posizione dei magneti a seguito di una contrazione muscolare. Ne è stato valutato, e dimostrato il funzionamento, a seguito della sperimentazione su un modello che simulava un avambraccio, e la contrazione di quattro muscoli.

Per restituire un feedback sensoriale al paziente (Figura 2) si è dovuto implementare un attuatore magnetico. L’idea è stata quella di integrare direttamente nella protesi delle bobine (o elettromagneti), che sono in grado di generare un campo magnetico controllabile, abbastanza ampio da interagire con i magneti permanenti impiantati nel soggetto. In questo modo, le forze d’interazione generate produrranno ulteriori forze magnetiche che potranno essere percepite dai sensori di recezione integrati nei muscoli. Se questi stimoli sono percepiti dal soggetto, il magnete si comporterà come un’interfaccia uomo-macchina bidirezionale.

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Figura 2: Schema a blocchi del sistema di controllo e ritorno sensoriale – Credits: MYKI

Inoltre, un importante sforzoè stato posto sulle tipologie di contrazione muscolare che ci si deve aspettare da un amputato in relazione con i diversi task compiuti. Per questi motivi, ci si è distaccati da algoritmi standard di controllo diretto, dando priorità ad algoritmi bio-inspirati, come la pattern recognition.

Per quanto riguarda invece il ritorno sensoriale, il progetto MYKI si pone, per la prima volta, l’obiettivo di investigare la percezione psicofisica di stimoli meccanici intramuscolari.

L’informazione tattile potrebbe essere fornita dal dispositivo creando una comunicazione con i diversi nervi che si trovano tra i fasci muscolari, presupponendo che i compiti motori negli esseri umani siano organizzati in fasi delimitate per mezzo di eventi meccanici discreti codificati sensorialmente (secondo la Discrete Event-driven Sensory Feedback Control).

Segnalando artificialmente tali eventi meccanici al cervello, i pazienti potrebbero integrare rapidamente le informazioni pervenute nel loro controllo sensorimotorio. Dalle ricerche effettuate, è emerso che fornire al paziente un feedback vibro-tattile discreto impedisce lo scivolamento dell’oggetto nelle protesi della mano in modo più intuitivo rispetto ad altre modalità (Figura 3).

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Figura 3: Discrete Vibro-Tactile Feedback Prevents Object Slippage in Hand Prostheses More Intuitively Than Other Modalities (IEEE paper) – Credits: MYKI

Conclusioni

Essendo la ricerca in una fase terminale, a valle dello sviluppo e del test dei primi prototipi è necessario valutare clinicamente i risultati, effettuando il primo impianto in un paziente. In particolare, oggi la mano è pronta per essere temporaneamente impiantata su soggetti con amputazione al livello del polso o dell’avambraccio.

Questa mano robotica è stata ingegnerizzata in collaborazione con la spin off della Scuola Superiore Sant’Anna, Prensilia, e con l’obiettivo di commercializzazione entro il 2023.

Per approfondire, video di presentazione ufficiale del progetto MYKI

MYKI research project – ERC Starting Grant, Credits: Artificial Hands Area – Istituto di BioRobotica
Video: The Myokinetic control interface. Credits: Artificial Hands Area – Istituto di BioRobotica
Fonti e approfondimenti
  • MYKI – sito web del progetto
  • MYKI Project – presentazione del progetto, sito SSSA
  • Sant’Anna Magazine – La nuova mano robotica della Scuola Sant’Anna è pronta per essere testata su persone con amputazione a livello del polso o dell’avambraccio
  • Immagine di copertina composta a partire da fotografie ufficiali tratte dal sito ufficiale del progetto
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Informazioni autore

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Francesca Schettino

Studente di dottorato in bioingegneria presso l'Università Campus Bio-Medico e il CERN, ho svolto il mio tirocinio di tesi magistrale presso l'Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant'Anna.
Appassionata di tecnologia ed innovazione mi piace coniugare competenze tecniche e capacità comunicative.

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