Così la robotica favorisce la riabilitazione e l’autonomia dei pazienti

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L’innovazione e la ricerca di avanguardia per la riabilitazione di persone con disabilità sono state al centro del primo «Festival internazionale della Robotica», che si sta svolgendo a Pisa in questi giorni. Durante il convegno sulla ”Riabilitazione robotica e disabilità”, Stefano Mazzoleni, ricercatore presso l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e coordinatore del laboratorio di Bioingegneria della Riabilitazione, ha illustrato le principali innovazioni tecnologiche che saranno applicate in campo riabilitativo.
Tra le tante novità troviamo: la carrozzina robotica Rise (Robotic Innovation for Standing and Enabling) per la verticalizzazione e la mobilità di persone con disabilità motorie gravi, sviluppato grazie alla collaborazione tra l’Istituto di BioRobotica della Scuola superiore Sant’Anna di Pisa e il Centro di riabilitazione motoria Inail di Volterra; il sistema robotico Motore (sviluppato da Humanware Srl, azienda spinoff della Scuola superiore Sant’Anna) per la riabilitazione degli arti superiori e, i sistemi robotici esoscheletrici per la riabilitazione del cammino di persone con danni neurologici (ictus, lesioni midollari, sclerosi multipla, …) che permettono di somministrare terapie riabilitative ripetibili, intensive, di precisione e personalizzate.
«I robot che progettiamo e costruiamo – afferma Stefano Mazzoleni – possono contribuire ad incrementare l’autonomia e l’indipendenza di molte persone con disabilità, anche gravi, grazie agli effetti positivi del loro utilizzo nell’ambito della riabilitazione e dell’assistenza. Noi ingegneri collaboriamo quotidianamente con i medici e gli staff clinici per progettare insieme la prossima generazione di robot con l’obiettivo finale di migliorare la qualità di vita delle persone che hanno problemi. Gli strumenti che realizziamo per la riabilitazione e l’assistenza forniscono un supporto al lavoro dei medici e dei fisioterapisti, che con l’introduzione di questa tecnologia si possono incrementare l’efficacia dei trattamenti. I sistemi robotici rappresentano un’importante innovazione tecnologica in ambito medico, con effetti benefici già dimostrati scientificamente per i pazienti e con un elevato impatto per il sistema sanitario regionale e nazionale in termini di ottimizzazione delle risorse, equità e sostenibilità economica».

Il Festival internazionale della Robotica è stato promosso dal Comune di Pisa, dall’Istituto di BioRobotica della Scuola superiore Sant’Anna, dalla Fondazione Arpa e dal Centro di ricerca “E. Piaggio” dell’Università di Pisa. I co-promotori scientifici dell’evento sono l’Università di Pisa, la Scuola Superiore Sant’Anna, la Scuola Normale Superiore, il Consiglio Nazionale delle Ricerche, l’Irccs Stella Maris e il Centro EndoCas. Oltre alle applicazioni in campo medico sono state illustrate tutte le novità tecnologiche che saranno impegnate anche nel mondo dell’industria , dello spettacolo e della ricerca scientifica.
Anche la Comunità europea ha finanziato all’interno del programma di finanziamento Horizon2020 lo sviluppo di una piattaforma robotica collaborativa per colonoscopia indolore (Endoscopic versatile robotic guidance, diagnosis and therapy of magnetic-driven soft-tethered endoluminal robots Eu Project – G.A. number: 688592). La piattaforma medicale consentirà di effettuare un esame diagnostico non invasivo del colon mediante l’utilizzo di una capsula endoscopica a locomozione magnetica con funzionalità anche chirurgiche. Il progetto di endoscopia robotica, coordinato dall’Istituto di BioRobotica della Scuola superiore Sant’Anna di Pisa, garantirà il superamento degli attuali limiti delle tecniche tradizionali di colonoscopia, come ad esempio l’invasività della procedura, il dolore causato dall’utilizzo del colonoscopio, la dipendenza dalle abilità dell’operatore, etc., garantendo un elevato grado di diagnosi.

(Il Sole 24ore)

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Mani hi-tech e gambe robotizzate. Ecco dove nasce l’uomo bionico

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La mano robotica «Azzurra» creata per la sperimentazione di interfacce di controllo e per il ritorno sensoriale (Foto Mattia Micheli per La Stampa)

Pontedera, viaggio nell’istituto di biorobotica della Scuola Sant’Anna



Simona Crea è una ragazza minuta di 29 anni, fresca di dottorato in ingegneria biomedica. «Guarda questo video», dice seriosa. Sullo schermo sei persone con braccia e gambe paralizzate riescono a mangiare e bere da sole grazie a un guanto hi-tech controllato da elettrodi inseriti all’interno di una cuffia. Impugnano una bottiglietta di plastica, versano l’acqua in un bicchiere, afferrano delle patatine, maneggiano una carta di credito. Il sistema è innovativo: traduce attività del cervello e movimenti degli occhi in comandi di apertura e chiusura della mano, trasmessi via wireless. La ricercatrice sorride: «Ecco cosa facciamo qui: miglioriamo la vita delle persone». 

 L’uomo bionico nasce negli stabilimenti dismessi della Piaggio di Pontedera, trasformati in laboratori all’avanguardia della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, un’oasi di eccellenza nel non sempre entusiasmante panorama della ricerca italiana. Tra queste pareti color pastello, ogni giorno, duecento tra ingegneri, fisici, informatici, biologi e psicologi, lavorano a 65 differenti progetti di ricerca con un obiettivo comune: restituire funzionalità ai corpi danneggiati.  

Simona Crea con l’esoscheletro utilizzato per la riabilitazione del braccio in pazienti colpiti da ictus. (Foto Mattia Micheli per La Stampa)

 

Il futuro in mano  

Braccia artificiali, gambe biomeccatroniche, mani robotizzate, dita con sensori tattili, sistemi di controllo neurale dei movimenti, esoscheletri che aiutano a camminare. «I robot stanno entrando nei nostri corpi, viviamo una fase in cui le nuove tecnologie ci permettono di ottenere risultati straordinari», spiega Christian Cipriani, vicedirettore dell’Istituto di biorobotica. Lucchese, classe 1980, allergico alla cravatta, Cipriani è il professore ordinario più giovane d’Italia: «Non c’è alcun valido motivo per spaventarsi. Noi non vogliamo potenziare l’uomo, ma restituirgli le funzionalità perdute o mai avute».  

Il fiore all’occhiello della Scuola Sant’Anna è la mano bionica, controllabile con il pensiero e in grado di restituire il tatto. Un miracolo di tecnologia. Per i ricercatori è il prototipo della protesi del futuro, capace di trasformare l’intenzione in movimento. L’ultimo progetto si chiama «Myky» ed è finanziato dall’European Research Council, il bando più prestigioso del Continente. Il dispositivo supera gli approcci convenzionali basati sulla registrazione di segnali elettrici provenienti dai nervi o dai muscoli scheletrici. L’interfaccia uomo-macchina, infatti, si basa sui principi del campo magnetico, in grado di decodificare i comandi motori volontari dell’individuo e, contemporaneamente, di trasmettergli informazioni sensoriali.  

 

L’esoscheletro per camminare. (Foto Mattia Micheli per La Stampa)

Il kit per camminare  

Anche le gambe bioniche create a Pontedera hanno superato con successo i primi test sull’uomo. Il risultato del progetto Cyberlegs è una combinazione unica di protesi intelligenti, sensori, robot indossabili ed esoscheletri leggeri. Il kit ad elevata tecnologia consiste in un insieme di moduli che possono essere utilizzati sia singolarmente sia in combinazione: c’è lo zainetto che aiuta a muovere i passi, le scarpe intelligenti equipaggiate con sensori di pressione, gli accelerometri indossabili e i dispositivi motorizzati che agevolano le articolazioni. Una potenziale svolta sia per pazienti amputati sia per anziani con deficit deambulatori.  

 Restituire il tatto è invece l’ambizione del progetto «Ppr3», finanziato anche dall’Inail e coordinato dal professor Silvestro Micera. Si tratta di falangi artificiali motorizzate, sensorizzate e controllate da interfacce indossabili. Significa che anche il tatto diventa bionico: con l’aiuto di un polpastrello artificiale collegato agli elettrodi impiantati nel braccio, un uomo amputato è riuscito a percepire nei dettagli tutte le rugosità di una superficie.  

 Cervelli di ritorno  

Il dipartimento di biorobotica della Scuola Sant’Anna è stato premiato come il migliore laboratorio italiano di ingegneria dall’Agenzia nazionale per la valutazione dell’Università e della ricerca. «Qual è la ricetta vincente? Tenacia e coraggio», spiega Paolo Dario, direttore dell’istituto. Qui non ci sono cervelli in fuga, piuttosto c’è la coda per entrare. «Ogni anno arrivano centinaia di domande da studenti delle Università di mezzo mondo», raccontano. Il 30% dei dottorandi è straniero, così come il 10% degli assegnisti di ricerca. Gunter Robert Kanitz è un spilungone tedesco di 32 anni: «Ho scelto di lavorare alla Scuola Sant’Anna perché è l’avanguardia della biorobotica». Da Berlino a Pontedera, il cambiamento è radicale: «Ma qui si vive bene – racconta -. Gli italiani hanno una creatività senza eguali, nella ricerca è un ingrediente fondamentale. Anche se qui è una lotta quotidiana per trovare i finanziamenti». 

 Reperire risorse e combattere con la burocrazia. Ecco i due grandi ostacoli con cui si scontrano i ricercatori italiani. «Passo oltre metà del mio tempo dietro a bandi, preventivi e scartoffie varie. Succede solo da noi», racconta Cipriani. E quindi come si colma il gap? «Con il lavoro. La produttività media dei ricercatori italiani è tra le più alte al mondo. La verità è che siamo bravi. Molto bravi».  

 

(Foto Mattia Micheli per La Stampa)

 

Resettare gli organi  

L’ultima novità della Sant’Anna è la prima palestra dei robot indossabili. Il progetto è in fase di sperimentazione avanzata: fra qualche mese, a Pisa, i pazienti affetti da gravi patologie neurologiche come l’ictus potranno seguire programmi personalizzati per riabilitare gli arti. Mentre i bambini a rischio di paralisi cerebrale (2 mila nuovi casi all’anno solo in Italia) potranno essere curati nella «palestrina intelligente» grazie a giocattoli sensorizzati e controllati a distanza. L’obiettivo è stimolare il cervello del bambino in modo che esso si auto-ripari riducendo o cancellando i danni prodotti da una lesione. 

 La nuova frontiera, invece, si chiama bioelettronica. È l’alternativa al farmaco. La disciplina è agli inizi, ma promette di rivoluzionare la medicina come l’abbiamo conosciuta finora. La sfida è quella di «resettare» gli organi, regolandone il funzionamento grazie alla stimolazione del sistema nervoso autonomo. Potenzialmente si potrebbero guarire patologie come diabete, infertilità o asma. «Oggi possiamo immaginare di inserire un sistema impiantabile vicino a un organo per curarlo tramite sollecitazioni», spiega Alberto Mazzoni, assegnista di ricerca in ingegneria neurale. I big mondiali della farmaceutica stanno investendo centinaia di milioni di dollari in questo settore. L’uomo bionico è già una realtà.  

(corriere.it)

Tecnologie digitali e robotica educativa per le disabilità cognitive

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Le tecnologie digitali e la robotica possono, se impiegate in modo attento e consapevole, contribuire a promuovere l’apprendimento e le abilità relazionali di alunni con bisogni speciali; agendo da strumenti facilitatori dei processi di apprendimento, favoriscono la gestione autonoma delle attività, il lavoro di gruppo e permettono ad ognuno di esprimere competenze e creatività. L’impiego delle tecnologie digitali e della robotica educativa con studenti con bisogni speciali ha trovato conferme in diversi studi e sperimentazioni (progetti IROMEC – Interactive Robotic Social Mediators as Companions; il progetto AURORA – Autonomous mobile Robot as a Remedial tool for Autistic children, che ha mostrato l’utilità dei robot nello stimolare l’attenzione e la curiosità dei soggetti autistici), e recentemente nei progetti europei Edurob e Netq6.  

Nell’ambito del XXXI Congresso Nazionale CNIS (Associazione per il Coordinamento Nazionale degli Insegnanti Specializzati e la ricerca sulle situazioni di handicap), dal tema Quando educare è più difficile: nuovi saperi per alunni dei nuovi tempi, il Polo Europeo della Conoscenza (la rete Europole) e Scuola di Robotica di Genova terranno un seminario dedicato alle Tecniche europee di innovazione per le tecnologie informatiche con gli alunni diversamente abili, durante il quale saranno presentate le sperimentazioni condotte nel corso dei Progetti europei Edurob e Netq6. Il workshop si terrà a Roma sabato 12 aprile 2014, alle 15.45 nell’Aula A04 della Università Pontificia Salesiana. 

Il progetto europeo Edurob (Educational Robotics for Students with Learning Disabilities) dedicato all’impiego della robotica educativa in casi di disabilità cognitiva e autismo, è iniziato a fine febbraio 2014, con un incontro a Nottingham volto a definire le finalità del progetto e i compiti di ogni partner. Il progetto prevede la partecipazione di diversi Paesi europei: UK, Lituania, Bulgaria, Italia, Polonia e Turchia. I partner sono eterogenei, appartenenti ad ambienti che sembrano lontani fra loro (psicologia, pedagogia, ingegneria). Il taglio interdisciplinare mette in evidenza come le relazioni che intercorrono tra l’apprendimento percettivo e quello concettuale abbiano una grande importanza nell’educazione. Secondo Richard L. Gregory, percettologo di fama mondiale, autore del famoso saggio “Occhio e cervello” (Raffaello Cortina Editore), l’interazione – anche ludica – con gli oggetti, sviluppa tanto la percezione quanto la comprensione.

In particolare, l’impiego dei robot nella didattica offre particolari vantaggi: i giovani apprendono più rapidamente e facilmente se hanno a che fare con oggetti concreti ed i robot sono oggetti reali, tridimensionali, che si muovono nello spazio e nel tempo, in grado di riprodurre vari aspetti del comportamento umano o animale. Inoltre la motivazione a far funzionare una macchina intelligente funge da stimolo per l’apprendimento. La Scuola di Robotica di Genova, riconosciuta come Ente formatore nazionale e impegnata da anni in progetti di robotica educativa, fa parte del progetto in qualità di membro della rete Polo Europeo della conoscenza che ha considerato l’esperienza maturata dalla Scuola di Robotica di Genova come necessaria alla buona riuscita del progetto. Scuola di Robotica avrà come primo obiettivo la creazione di un documento dedicato a 15 diversi casi studio dedicati alla robotica educativa nei casi di fragilità di apprendimento. 

Già da alcuni anni Scuola di Robotica di Genova ha avviato una collaborazione con alcuni enti che si dedicano ai ragazzi autistici utilizzando la robotica educativa e la pedagogia della narrazione sviluppata dallo psicologo statunitense Jerome Bruner (che Scuola di Robotica cerca di incentivare da tempo con progetti quali “Raccontare i robot”). Lo scopo dell’iniziativa non è insegnare la robotica ma insegnare attraverso l’uso della robotica, ovvero si vuole proporre un metodologia per facilitare gli apprendimenti e migliorare le relazioni all’interno di un gruppo mediante un approccio calibrato sulle differenti persone che apprendono. Nel periodo luglio-ottobre 2010, Emanuele Micheli, ingegnere meccanico specializzato in robotica e coordinatore delle attività didattiche di Scuola di Robotica, ha condotto, in collaborazione con l’accademia di counseling “Philos” di Genova, dei laboratori di robotica educativa per ragazzi e ragazze con disturbi dello spettro autistico. Il buon coinvolgimento dei ragazzi ha rappresentato l’esperienza base per partire successivamente con un progetto più organico. Inizialmente lo staff ha individuato alcuni ragazzi che riteneva idonei a seguire le lezioni di robotica educativa (ragazzi autistici di vario livello); le esperienze sono state condotte utilizzando un computer, un proiettore, un kit Lego WeDo (serie didattica della Lego) pennarelli e fogli bianchi.  

Ad ogni incontro i ragazzi hanno scelto in modo democratico quale costruzione eseguire dall’activity pack del software del WeDo. I partecipanti, divisi in 2 gruppi che a turno o costruivano o gestivano il manuale di costruzione sul computer, hanno portato a compimento le varie costruzioni. Naturalmente, ognuno di loro ha incontrato difficoltà diverse, dal riconoscimento dei pezzi presenti sul manuale digitale, all’assemblaggio vero e proprio fino alla programmazione. A fine assemblaggio di ogni piccolo artefatto robotico, i ragazzi sono stati incoraggiati ad inventare una storia in cui il personaggio robotico potesse inserirsi: l’aspetto narrativo è risultato molto gradito così come l’utilizzo della webcam per la realizzazione di un breve filmato.  

 

Il Progetto Europeo Netq6 (Network per la Qualità dell’educazione della prima infanzia dai 0 ai 6 anni) si propone, attraverso la creazione di una rete di cooperazione con altre istituzioni educative in Europa, di analizzare gli approcci esistenti nei diversi Paesi su come affrontare l’educazione precoce dei bambini a rischio evolutivo e sociale, partendo dall’importanza della diversità sociale, analizzando la sua natura strutturale e la necessità di definire strategie di gestione differenti nei confronti di un fenomeno variegato e complesso, che tende ad aumentare. L’istruzione di qualità nella prima infanzia, particolarmente nei bambini a rischio, incoraggia la disposizione e la motivazione del bambino ad apprendere (apprendere ad apprendere), la fiducia in se stesso e negli altri, e lo sviluppo cognitivo e linguistico. La rete intende potenziare le competenze di insegnanti, formatori e personale educativo, nonché i piani studio e gli ambienti di apprendimento per i bambini a rischio. y

di Giovanni Cupidi

ReWalk: Manuela Migliaccio lo sperimenta

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ReWalk è un’ortesi (esoscheletro) motorizzata che si indossa esternamente agli indumenti degli arti inferiori. I motori elettrici, alimentati da una batteria posta in uno zaino portato sulle spalle, comandano le articolazioni delle anche e delle ginocchia e sono controllati da un sistema computerizzato, anch’esso alloggiato nello zaino. L’esoscheletro, destinato ad essere usato con due bastoni canadesi per garantire la stabilità della stazione eretta e della deambulazione, è attivato da un sensore, posizionato nella parte antero-superiore del corpo, controllato dal paziente mediante piccoli cambiamenti nel centro di gravità ovvero attraverso movimenti di inclinazione della parte superiore del corpo. 
ReWalk è disponibile in due versioni, una per i centri di riabilitazione (REWALK I), da utilizzare durante il trattamento riabilitativo, ed una personalizzata (REWALK P), da fornire al paziente al termine del trattamento riabilitativo.
ReWalk può consentire ad una buona parte di persone affette da paraplegia di portarsi in stazione eretta dalla posizione seduta, di deambulare e di salire le scale con un’autonomia continuativa di due ore.
Attualmente il Rewalk viene utilizzato per la deambulazione in soggetti paraplegici che hanno un ottimo controllo del tronco e con una lesione massima a livello D4.

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Lo ha sperimentato Manuela Migliaccio, 29enne napoletana paraplegica in seguito ad un incidente che le è capitato in Grecia nel 2009, che a distanza di 4 anni ha avuto l’opportunità di percorrere (o quasi) grazie a ReWalk, sulle proprie gambe, gli 11,5 chilometri della camminata non competitiva della StraBologna 2013; la manifestazione di promozione dell’attività sportiva dedicata alla solidarietà, organizzata ogni anno da Uisp Bologna.
ReWalk è composto da una struttura robotica di circa 18 kg con 4 motori elettrici prodotta dall’azienda israeliana Argo medical technologies.
Il controllo dell’esoscheletro si basa su sensori che analizzano i movimenti degli arti superiori e del busto, che vengono utilizzati per innescare e mantenere gli schemi di andatura degli arti inferiori. Una volta che ReWalk percepisce i movimenti delle braccia, i pulsanti su un telecomando permettono all’utilizzatore di selezionare varie impostazioni di programma e di scegliere la modalità di movimento: camminare, salire le scale, sedersi, alzarsi o altro. Piegando il busto come per fare un passo in avanti, dunque, l’esoscheletro è capace di registrare il movimento e farlo riprodurre alle gambe. Tuttavia, per usarlo è comunque necessario dotarsi di stampelle.
Manuela Migliaccio lo usa dal giugno 2012 nel centro riabilitativo Villa Berretta, a Costa Masnada in provincia di Lecco. Da dicembre, poi, la 29enne ha potuto usufruire del “mezzo” anche a casa, diventando la prima persona al mondo ad averlo a domicilio.
Manuela ha deciso di provare a partecipare a manifestazione podistiche non competitive, come la Corsa della Speranza di Lugano, di 5 chilometri. L’obiettivo alla StraBologna era quello di cercare di raggiungere il nastro di arrivo insieme agli altri partecipanti, partendo con qualche ora di anticipo, alle 5 del mattino. Questo perché la sua andatura non poteva essere superiore ai 2 chilometri orari circa, senza contare che le batterie che tengono in funzione l’esoscheletro durano al massimo 8 ore. Il suo personalissimo gruppo di supporto era composto dal fidanzato e da 2 fisioterapiste, Laura Colombo e Sabrina Basilico.
Sfortunatamente si è dovuta fermare a causa di un guasto meccanico al motore dell’anca sinistra, uno dei quattro della macchina robotica che le ha permesso di tornare a camminare. Grazie alla partenza anticipata di molte ore, l’esoscheletro, che ha un costo di circa 50 mila euro, avrebbe dovuto consentire a Manuela di arrivare al traguardo più o meno insieme agli altri partecipanti, a un passo di circa 2 chilometri all’ora. L’obiettivo di Manuela era superare le 6 ore di camminata grazie alle 2 stampelle che la sorreggono in piedi e allo zainetto con le batterie dell’esoscheletro, che porta sulle spalle.
Il guasto l’ha colta alla sprovvista, Manuela le ha tentate tutte, ha perfino chiamato in Israele, dove ha sede l’azienda che produce l’esoscheletro, per capire se si potesse riparare oppure no. “Lì in Israele – racconta la ragazza – hanno la possibilità di controllare a distanza cos’è che non funziona e se il guasto è riparabile”. Niente da fare però per quest’anno, il sogno di superare le sei ore di cammino e magari arrivare al traguardo deve essere rimandato. Quando il motore dell’anca sinistra ha smesso di funzionare è stato il sistema di scurezza di cui è dotato il ReWalk a sorreggere in piedi Migliaccio, che sarebbe potuta cadere a terra. Grazie al sistema di scurezza, infatti, la meccanica non collassa.
Ma Manuela non ha la minima intenzione di darsi per vinta e dopo la “tappa” bolognese della StraBologna mira ancora più in alto. I prossimi obiettivi saranno altre maratone, tra cui forse anche quella di New York, sempre con uno scopo dimostrativo, ma per lanciare un messaggio, per sensibilizzare chi come lei si è trovata costretta a cambiare totalmente la propria vita, ma che non ha mai rinunciato a sperare di poter tornare a camminare seppur con un ausilio di questo tipo. In un’intervista spiega però che nella Grande Mela durante la stagione della maratona piove spesso, e questo potrebbe impedirle di partecipare, perché l’esoscheletro non può bagnarsi.

(Una parte del testo è tratta e rielaborata da http://www.superabile.it)

di Giovanni Cupidi