Gli esoscheletri sono protesi particolari che hanno diverse applicazioni nel medicale e non solo. Sull’argomento si è pronunciato un team dell’Università di Stanford secondo cui tali strumenti possono aumentare la velocità della camminata delle persone anziane, muovendosi il 42% più rapidamente rispetto al solito.

TAKEAWAY

• Gli esoscheletri rappresentano l’opportunità pere far raggiungere la posizione eretta a chi non è in grado di farlo.
• All’Università di Stanford sono stati studiati congegni applicabili alle caviglie, utili a velocizzare la camminata delle persone anziane.
• Il sistema è stato testato in fase prototipale ed è uno dei più importanti contributi con cui la robotica può cambiare la qualità della vita negli anziani.

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L’esoscheletro per camminare veloce è un’invenzione recente, che si colloca in un filone dall’interesse crescente. Gli esoscheletri sono protesi bioniche, ciò vuol dire che la loro costruzione si ispira a una selezione di elementi biologici riscontrabili in natura. In più, sono “robotizzati”, nel senso che, attraverso la robotica, aiutano l’uomo laddove non riesce a fare qualcosa a causa di problemi fisici.

In campo medico rendono possibile, in primis, una posizione eretta e, a volte, danno addirittura l’opportunità di fare piccoli passi a chi è bloccato in sedia a rotelle dalla nascita o in seguito a una patologia. 

Parliamo di un’intelaiatura metallica dotata di una specie di muscoli che, in questo caso, sono automatizzati e consentono agli operai di una fabbrica di svolgere mansioni altrimenti parecchio faticose. Un’applicazione comune, nel settore produttivo, è l’implementazione delle tute da lavoro che, una volta indossate, fanno sì che si possano sollevare carichi molto pesanti in tempi brevi.

Moltiplicare le proprie forze diventa utile in diversi frangenti tra cui quello militare dove abbiamo una sorta di armatura che trasforma i membri dell’esercito in cyborg, consentendo di trasportare decine di kg di materiale potendo contare su un’estrema mobilità.

Un settore in crescita che comprende strutture fisse e altre mobili, e che possono essere attivate in vari modi, ovvero attraverso l’acqua (per cui sono detti idraulici), l’elettricità o l’energia pneumatica, tramite cioè la pressione dell’aria.

L’ultimo sviluppo in merito arriva da alcuni ingegneri dell’Università di Stanford, che hanno pensato a un esoscheletro per camminare veloce.

Com’è fatto l’esoscheletro per camminare veloce

Non essere in grado di gestire al meglio le azioni quotidiane è una difficoltà frequente con l’avanzare degli anni. L’esoscheletro per camminare veloce risponde a tali necessità e consiste in un telaio che si può attaccare intorno alla caviglia e, contemporaneamente, all’interno di una scarpa da corsa che diventa così “integrata”.

A garantire il funzionamento del meccanismo sono dei motori esterni, posizionati affianco alla superficie del percorso. A dirigere il processo c’è un algoritmo, derivante dalle tecniche facenti capo all’ambito degli studi dell’intelligenza artificiale.

I partecipanti all’esperimento, dieci adulti giovani, sono riusciti a camminare il 42% più velocemente rispetto a quanto avrebbero fatto indossando calzature normali e senza alcun aiuto di tipo tecnologico.

I risultati ottenuti sono stati pubblicati il 20 aprile 2021 su IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, organo ufficiale dell’Institute of Electrical and Electronics Engineers che ha il suo focus proprio sulla riabilitazione dei pazienti. Sulle conclusioni raggiunte si è espresso il professor Steve Collins, che insegna ingegneria meccanica a Stanford ed è il primo autore del documento:

“Speravamo sin dall’inizio di riuscire ad aumentare la velocità di camminata e siamo rimasti veramente sorpresi dal registrare un progresso così grande, superando addirittura la quota del 40%. Al momento si sono cimentati individui di età non avanzata, mentre i prossimi test avranno un target specifico”

Le prospettive di potenziamento

Sotto la lente, tra le altre cose, c’è il design, ovvero la composizione interna ed esterna dell’esoscheletro e le sue caratteristiche a livello estetico e funzionale. Parallelamente, continuerà la riflessione teorica per trovare ulteriori spunti di miglioramento.

L’esoscheletro per camminare veloce è stato definito dal team “un banco di prova” che potrà essere emulato per progetti analoghi. L’algoritmo attualmente controlla il dispositivo che tira, da un lato, il tallone verso l’alto e, dall’altro, spinge le dita dei piedi in basso.

Per ora sono stati simulati vari scenari per avere una visione completa della situazione. Dall’ottimizzazione energetica a una modalità di incedere più lento, il tutto si è svolto su un tapis roulant adattato alle peculiarità delle persone coinvolte.

“Non ci importava – ha commentato il team di studio – ricavare informazioni sul comfort o sull’efficienza, ma il perno è stata la rapidità. Va comunque ricordato che sette soggetti su dieci, oltre a velocizzare il passo, hanno consumato meno energia”.

Ed è su questo secondo versante che si concentreranno le nuove versioni che saranno sicuramente più smart poiché, dovendo essere utilizzate da anziani, si dovrà tenere conto di una serie di punti. Innanzitutto andrà perfezionato l’equilibro complessivo e, in aggiunta, si penserà a come rendere non doloroso l’impatto sulle articolazioni.

Esoscheletro per camminare veloce, tra rischi e benefici

Con l’esoscheletro per camminare veloce, gli anziani potranno tornare a girare per casa, e fuori, come faceva decenni prima. Non si conoscono ancora gli eventuali limiti dell’idea descritta, poiché essa non dipende solo dalle strumentazioni informatiche ma ha una grossa componente legata alla sfera umana che, a differenza delle macchine, è imprevedibile.

La metodologia seguita è quella nota come HITL – dall’inglese Human-in-the-loop – che, come indica la parola stessa, richiede l’interazione umana per apprezzare gli effetti positivi della robotica.

Un terreno in continua evoluzione se si pensa che, lo scorso anno, sempre a Stanford, era stato collaudato un impianto simile per piede e caviglia. In quel frangente gli studiosi volevano lavorare, contrariamente ad ora, sulla corsa, prolungandola il più possibile e si rivolgevano agli atleti professionisti o amatoriali.

Altra frontiera interessante riguarda i diversamente abili e la Technical University di Monaco, in Germania, dove si è scoperto, a fine 2020, che gli esoscheletri possono interpretare le intenzioni della mente, intervenendo dunque su una fase antecedente a quella dell’effettiva motricità.

In generale, rendere più agevole la deambulazione può portare dei vantaggi enormi per chi è più debole. La sfida è quella di progettare tecnologie che non siano d’intralcio a chi le utilizza ma che possano anzi risultare confortevoli e rappresentare un sostegno più affidabile del tradizionale bastone da passeggio.