Da un paio di guanti progettati per interagire a livello di percezione tattile con chi li indossa, l’apprendimento di precise abilità manuali e il trasferimento dell'interazione fisica uomo-macchina nelle operazioni da remoto eseguite da sistemi robotici.

La sensibilità tattile, esattamente come la vista, l’udito, l’olfatto e il gusto, consente all’essere umano di raccogliere informazioni sull’ambiente che lo circonda, mettendolo nelle condizioni di comprenderlo, di relazionarsi con esso in maniera efficace e di adattarvisi.

In particolare, l’interazione tattile tra due persone e il feedback che ne deriva rappresentano uno strumento chiave nell’ambito delle tecniche di apprendimento motorio e di quelle metodiche finalizzate ad acquisire una maggiore consapevolezza del proprio corpo e dei propri movimenti. Addirittura, nell’apprendimento in ambiente virtuale, il feedback vibrotattile è in grado di fornire agli utenti «un riscontro intrinseco e aumentato di un determinato compito, aiutandoli a migliorare le proprie prestazioni di tipo manuale» [fonte: “Vibrotactile feedback in virtual motor learning: A systematic review” – Applied Ergonomics, numero di maggio 2022].

Nel campo della chirurgia a distanza assistita da robot – solo per citare uno tra gli esempi di fascia alta – la condivisione di informazioni tattili (mediata dalla tecnologia) tra medico e macchina costituisce un elemento fondante nell’erogazione di servizi sanitari da remoto e in tempo reale. In questo caso, la tecnologia che “media” l’interazione tattile uomo-robot fa riferimento al Tactile Internet (TI) – o “Internet tattile” – rete Internet che, avvalendosi, oggi, del 5G (e, negli anni a venire, del 6G), oltre che del supporto di realtà virtuale e realtà aumentata, rende possibile lo scambio tattile con riscontro visivo, per permettere alle persone di percepire, mediante una latenza assai bassa, il proprio ambiente attraverso la macchina [fonte: A smart contract-based robotic surgery authentication system for healthcare using 6G-Tactile Internet – Computer Networks, gennaio 2024].

---

Takeaway

---

Trasferimento dell’interazione tattile: quali sistemi di rilevamento?

Secondo il team del Department of Electrical Engineering and Computer Science del Massachusetts Institute of Technology (MIT), autore dello studio descritto in “Adaptive tactile interaction transfer via digitally embroidered smart gloves” (Nature Communications, 29 gennaio 2024), l’aspetto – ad oggi – sfidante nell’abilitare (sia in presenza che da remoto) l’interazione e il feedback tattili per finalità di apprendimento e/o di condivisione di informazioni su un dato contesto o un dato compito, è il trasferimento intuitivo dell’interazione tattile, cioè il trasferimento del “contatto” basato su tocco, «poiché questo richiede sistemi di rilevamento scalabili, che possano essere perfettamente integrati nella vita quotidiana di ognuno».

Negli ultimi anni, gli sviluppi in questo ambito – osserva il gruppo di lavoro – si sono focalizzati sull’esplorazione di nuovi materiali e di nuove tecniche di trasferimento del tocco, tra cui sistemi elettrici, pneumatici, piezoelettrici, ultrasonici ed elettromagnetici.

Con l’obiettivo di coniugare rilevamento tattile e feedback tattile, recentemente la ricerca si è concentrata sulle interfacce uomo-macchina epidermiche supportate dalle interazioni tattili delle mani. Ma, anche in questo segmento di studi – benché promettente – i lavori precedenti hanno evidenziato alcune criticità, tra cui il processo di fabbricazione, reo di limitare la scalabilità, la robustezza e la compatibilità dell’interfaccia epidermica.

Ma c’è un’altra questione: le variazioni della sensibilità tattile da parte della mano umana rendono complesso il raggiungimento di un unico standard di comunicazione uomo-macchina caratterizzato da linearità e affidabilità. Al fine di dare vita a un’esperienza tattile che sia – invece – continua, coerente e omogenea, si dovrebbe ridurre al minimo la calibrazione su ciascun utente, suggeriscono i ricercatori del MIT.

Guanti con sensori e attuatori integrati per interazioni tattili delle mani

Insistendo sulle interfacce epidermiche basate sulle interazioni tattili delle mani, nel tentativo di superarne gli ostacoli relativi a progettazione e realizzazione pratica, il lavoro del team del Massachusetts Institute of Technology è andato nella direzione di un dispositivo che fosse di materiale tessile e comodamente indossabile, come i guanti con sensori tattili e attuatori vibrotattili integrati, capaci di trasmettere un feedback fondato sul tocco a diverse aree della mano dell’utente, per insegnargli i movimenti corretti finalizzati allo svolgimento di un determinato compito e consentirgli l’acquisizione di specifiche abilità manuali.

Messi a punto per mezzo di una macchina da ricamo digitale, che incorpora con “ricamo” i sensori e gli attuatori tattili, questi guanti “intelligenti” potrebbero trovare applicazione, ad esempio, nelle dinamiche di insegnamento-apprendimento che riguardano gli strumenti musicali. Il caso più eloquente illustrato dagli autori è quello della tastiera di un organo o di un pianoforte in cui, data la registrazione di una melodia su una sezione di tasti, il guanto viene impiegato per captare la sequenza con cui le dita premono sulla tastiera:

«Questo è reso possibile da un sistema di apprendimento automatico che converte quella sequenza in feedback tattile, il quale viene poi inserito nei guanti indossati dagli utenti come “istruzioni” per suonare. Con le mani sospese su quella stessa sezione, gli attuatori vibrotattili vibrano sulle dita corrispondenti ai tasti sottostanti, trasferendo all’utente le interazioni tattili utili all’esecuzione della melodia precedentemente registrata»

E, relativamente alla personale percezione del feedback tattile, diversa per ognuno di noi, il sistema di machine learning sviluppato dal gruppo di ricerca «apprende a generare aspetti tattili adattivi per i guanti dei singoli utenti».

In altri due esperimenti – spiega il team – i guanti per interazioni tattili con feedback sensibile sono stati indossati da utenti impegnati in videogiochi su computer portatile. Che cosa è accaduto? Che, rispetto ai partecipanti senza guanti intelligenti, quelli che hanno fruito del feedback tattile e vibrotattile hanno ottenuto i punteggi più alti, imparando – nel primo videogioco – a seguire, senza errori, un percorso stretto e tortuoso e – nel secondo – a raccogliere oggetti mantenendo l’equilibrio nel loro percorso verso il traguardo.

Guanti per interazioni tattili nelle operazioni da remoto guidate da bracci robotici

In un altro esperimento ancora, i ricercatori hanno dimostrato che i loro guanti per interazioni tattili sono in grado di trasferire – da remoto, grazie alla rete Tactile Internet e all’apporto di realtà virtuale e realtà aumentata – sensazioni di forza a bracci robotici, insegnando loro a eseguire i compiti di presa più delicati, proprio come farebbe un essere umano.

In un caso specifico, hanno impiegato operatori umani, i quali, indossati i guanti intelligenti, hanno insegnato – sempre da remoto – a un sistema robotico come maneggiare diversi tipi di pane senza deformarli.

«Mostrando e insegnando, a distanza, alle macchine manualità e prese ottimali, gli operatori umani potrebbero controllare con precisione i sistemi robotici in ambienti come quello della produzione o – in uno scenario futuro – quello ospedaliero, per consentire ai robot di collaborare in modo più sicuro e proficuo con gli esseri umani»

commentano gli autori. E aggiungono che, nel campo della robotica, la tecnologia sulla quale poggia il funzionamento dei guanti intelligenti per interazioni tattili (tuttora in fase di test) costituisce una novità, innanzitutto per la capacità dei sensori e degli attuatori integrati di «catturare e riprodurre sensazioni tattili simili a quelle che è in grado di percepire la pelle umana e di trasmetterle», rendendo agevole, per la macchina, la percezione dell’ambiente attraverso il tatto.

Glimpses of Futures

I guanti intelligenti descritti nel lavoro del MIT rappresentano dei potenziali mezzi da includere nelle metodologie di insegnamento di abilità manuali specifiche e di miglioramento delle prestazioni in talune attività, oltre a fungere da supporto nelle operazioni a distanza assistite da robot.

In futuro, le interazioni tattili per le quali questi guanti sono stati concepiti potrebbero trovare applicazione anche in altre esperienze – in presenza o a distanza – rivolte a un’utenza con esigenze di apprendimento diverse, correlate, ad esempio, a disabilità della sfera cognitivo-motoria.

Per mezzo della matrice STEPS, proviamo a questo punto ad anticipare scenari futuri, valutando i possibili impatti che l’evoluzione dell’interfaccia epidermica descritta – basata sulle interazioni tattili delle mani – potrebbe avere dal punto di vista sociale, tecnologico, economico, politico e della sostenibilità.

S – SOCIAL: pensando a una futura evoluzione dei guanti intelligenti con feedback tattile, è quello della formazione in realtà virtuale di alto livello l’ambito applicativo in cui è prevedibile il maggior impatto, con ricadute positive sulla didattica destinata a tutti quei professionisti ai quali è richiesta una manualità particolarmente complessa sotto il profilo dell’accuratezza e della meticolosità, tra cui – solo per citare qualche esempio – chirurghi, coloro che manipolano prodotti chimici e piloti. Un’altra ripercussione di natura sociale riguarda, poi, l’insegnamento in presenza di pratiche motorie e manuali e la rieducazione dei movimenti della mano per pazienti affetti da patologie che hanno compromesso l’uso degli arti superiori.

T – TECHNOLOGICAL: in futuro, l’interfaccia epidermica del Massachusetts Institute of Technology, fondata sulle interazioni tattili delle mani, potrebbe passare attraverso l’evoluzione della tecnologia con la quale è stata sviluppata, per andare oltre la stimolazione tattile di mani e dita e, con un feedback più intenso e modifiche strutturali, interagire anche con gambe, piedi e altre parti del corpo meno sensibili rispetto agli arti superiori. Inoltre – anticipa il gruppo di studio – «… se, attualmente, l’interfaccia assiste l’utente solo per mezzo di movimenti semplici come premere un tasto o afferrare un oggetto, in futuro il sistema potrebbe incorporare più dati degli utilizzatori, per dare vita a dispositivi indossabili che tengono conto di tutti i movimenti della mano che influiscono sulle percezioni tattili».

E – ECONOMIC: in uno scenario futuro che vedrà i guanti intelligenti con feedback tattile avere un proprio ruolo nella formazione virtuale finalizzata all’insegnamento di una manualità complessa, che richiede massima precisione, nonché nella rieducazione dei movimenti della mano per chi soffre di problematiche che causano disabilità agli arti, diverrà fondamentale la creazione di più figure professionali dedicate, con competenze trasversali, che vanno dall’area Tech a quella metodologico-didattica, da quelle afferenti all’ambito in cui operano gli utenti a quelle di tipo medico per i pazienti che hanno perso la coordinazione dei movimenti delle mani.

P – POLITICAL: insegnare e apprendere attraverso il feedback tattile trasmesso da guanti intelligenti – progettati col fine di ottimizzare l’acquisizione di capacità manuali per lo svolgimento di compiti di alta precisione, tra cui quelli inerenti alla sfera medico-chirurgica – deve poter fare riferimento a pratiche puntualmente regolamentate, all’interno di ogni Paese, dalle Istituzioni preposte. In particolare, la rieducazione motoria per disabili, mediante interfacce epidermiche che sfruttano le interazioni tattili delle mani, dovrà essere accessibile a tutti, indipendentemente dal livello socio-economico.

S – SUSTAINABILITY: la futura evoluzione della tecnologia che abilita i guanti intelligenti nel trasferimento da remoto del feedback tattile a sistemi robotici, per insegnare loro a portare a termine compiti di presa complicati o manipolazioni particolarmente critiche, significherà, negli anni a venire, poter contare su robot più sicuri in contesti quali fabbriche, magazzini e strutture ospedaliere, in linea con i principi di sostenibilità sociale atti a garantire la salute e la sicurezza nei luoghi di lavoro, con un focus sulle condizioni dei dipendenti e dell’ambiente in cui essi operano e in cui si trovano anche le macchine.