Robotica e ingegneria medica: i ricercatori della Bristol University studiano muscoli artificiali per ripristinare forza e controllo della mobilità in chi li ha persi

Dall’Università di Bristol, un progetto di ingegneria medica e robotica che esplora le potenzialità di sviluppo dei muscoli artificiali. L’iniziativa rientra tra le tecnologie sanitarie trasformative per il 2050 e vede coinvolti specialisti di robotica, bioingegneria, scienza dei materiali, chimica, etica e di vari settori della medicina.

La combinazione tra robotica e ingegneria medica scende in campo per migliorare i nostri muscoli. No, non c’entrano le macchine per il fitness, ma ha che fare con un’idea decisamente più importante, alla base di un progetto visionario – che il Governo del Regno Unito ha deciso di finanziare con più di 6,5 milioni di euro – per sviluppare un’assistenza artificiale in grado di aiutare a ripristinare la forza muscolare nelle persone che denotano una grave carenza in questo senso.

In pratica, muscoli robotici, i cui effetti positivi sono ad ampio raggio. Pensiamo ai benefici potenziali per chi è stato colpito da un ictus o per chi convive con malattie degenerative come la distrofia muscolare. 

Il progetto si chiama emPOWER ed è rivoluzionario rispetto alle attuali tecnologie assistive indossabili, come gli esoscheletri, soluzioni cibernetiche per potenziare le capacità di chi li indossa. Esso intende fornire l’assistenza muscolare robotizzata all’interno del corpo, esattamente dove è necessaria. 

Robotica e ingegneria medica: cos’è emPOWER e quali sono i suoi benefici

I muscoli sono da sempre associati al concetto di forza. Dal mito di Ercole fino a Braccio di Ferro, non c’è organo che meglio rappresenti la vigoria e la salute. Ogni essere umano conta su più di 700 muscoli e ve ne sono di differenti tipi.

Ci permettono di eseguire varie azioni, ma a un certo punto della nostra vita, la forza muscolare comincia a calare. È un fenomeno naturale, che viene chiamato “sarcopenia”, termine che rimanda alla perdita della massa e della forza ed è connesso al processo di invecchiamento del corpo. A volte, però, questo processo è accelerato in modo patologico, così tanto da portale alla disabilità.

Il progetto emPOWER intende cambiare le carte in tavola, biologicamente parlando, ripristinando la forza e il controllo della mobilità e delle abilità nelle persone anziane e ristabilire capacità muscolari e il loro controllo in chi soffre di gravi traumi, ictus e malattie degenerative. Non solo: potrebbe essere un valido alleato nei casi di incontinenza urinaria, problema che colpisce, solo nel Regno Unito, tra 3 e 6 milioni di persone e il 24% degli anziani.

La portata del progetto va al di là della restituzione di una abilità nel movimento o nello svolgere un’azione. Promette di avere consistenti effetti sulla salute fisica e psichica.

robotica e ingegneria medica
Il progetto emPOWER è un esempio di robotica e ingegneria medica applicate alla salute, con l’obiettivo di esplorare le potenzialità di sviluppo dei muscoli artificiali.

Come funzioneranno i muscoli robotici

A capo del team di ricerca emPOWER c’è Jonathan Rossiter, docente di robotica alla Bristol University. Insieme a lui lavorano 30 ricercatori che si occupano, come lui, di soft robotics (il cui oggetto è lo studio e la realizzazione di robot in grado di interagire con gli esseri umani e l’ambiente), ma anche specialisti di scienza dei materiali, bioingegneria, chimica, etica e di vari settori della medicina.

Il principio su cui sta lavorando lo staff è legato alle potenzialità offerte dall’impianto di muscoli robotici, per sostituire – o lavorare insieme ai nostri muscoli – per ripristinare la naturale funzione del corpo.

Come spiegato, in particolare, i muscoli artificiali saranno progettati per colmare il divario tra i fenomeni di trasduzione energetica (attivi a scala nanometrica) e l’azione muscolare vera e propria e saranno impiantabili utilizzando la chirurgia microinvasiva e l’imaging avanzato, per sostituire o integrare i muscoli malati, fornendo riabilitazione a breve termine, assistenza a lungo termine o ripristino funzionale completo a seconda delle necessità.

La sfida che deve affrontare il team è importante: lo stesso Rossiter ha illustrato come i muscoli impiantabili che nasceranno attraverso il progetto dovranno lavorare senza soluzione di continuità con il corpo. Dovranno essere biocompatibili, integrarsi in modo fluido ed efficace con ossa e tessuti naturali e coordinarsi in modo intelligente con i movimenti e le azioni muscolari del paziente.

L’obiettivo è mettere a punto e realizzare le tecnologie fondamentali e le prove di fattibilità dei muscoli artificiali emPOWER entro i prossimi cinque anni. Per riuscire a creare tutto questo, il coordinatore ha coinvolto un team di esperti di vari settori e vede attivi anche UCL – University College London e la NIR – National Institute for Health and Research, the Devices for Dignity Healthcare Technology Co-Operative(D4D).

Quest’ultimo opera in collaborazione con una rete di esperti clinici, pazienti, assistenti, progettisti, ingegneri, accademici, finanziatori e industrie, per sviluppare soluzioni tecnologiche “per esigenze cliniche non soddisfatte”, aiutando le persone a mantenere o a riconquistare la loro indipendenza e dignità.

Ingegneria applicata alla salute: le tecnologie sanitarie trasformative per il 2050

emPOWER è uno dei sei progetti che hanno ottenuto una sponsorizzazione da 30 milioni di sterline dal Regno Unito, in tema di ricerca che vede unite innovazione tecnologica e salute.

U-care, coordinato dalla Heriot-Watt University, in collaborazione con le università di Bath e di Edimburgo, (6,1 milioni di sterline), è mirato a utilizzare nuove tecnologie laser, fibre ottiche e di imaging per sviluppare terapie capaci di sfruttare la luce ultravioletta profonda.

C’è poi il progetto InlightenUs (5,4 milioni di sterline), guidato dall’Università di Edimburgo, riguardante una modalità di diagnosi rapida che combina Intelligenza Artificiale e laser a infrarossi per produrre immagini mediche 3D veloci e ad alta risoluzione, in grado di identificare più velocemente la presenza di tumori.

Anche NISNEM (Non-Invasive Single Neuron Electrical Monitoring) sfrutterà l’AI. Riceverà 5,5 milioni di sterline per lavorare su un sistema di monitoraggio che, in combinazione con l’Intelligenza artificiale, permetterà ai ricercatori di monitorare il cervello in maniera innovativa, permettendo agli scienziati ad acquisire una migliore comprensione delle malattie neurologiche come il Parkinson e l’Alzheimer.

Stessa cifra (5,5 milioni di sterline) è stata stanziata per finanziare il progetto Quantum Imaging for Monitoring of Wellbeing and Disease in Communities. Condotto dall’Università di Glasgow, è focalizzato sulla possibilità di creare una casa intelligente, in grado di fornire ai padroni di casa un feedback sulla loro salute e sul loro benessere.

Il progetto COG-MHEAR: Towards Cognitively Inspired 5G-Internet of Things enabled (3,2 milioni di sterline), coordinato dalla Edinburgh Napier University, intende sviluppare apparecchi acustici in grado di adattarsi autonomamente alla natura e alla qualità dell’ambiente circostante.

Si tratta di iniziative che rientrano tra le “Tecnologie sanitarie trasformative per il 2050”: così si chiama il programma di finanziamento stanziato per promuovere lo sviluppo di nuovi e rivoluzionari approcci tecnologici, in grado di trasformare le cure e i trattamenti nel Servizio Sanitario Nazione entro il 2050, mettendo in evidenza l’importanza dell’ingegneria medica e delle scienze fisiche per trasformare la futura offerta sanitaria. 

La linea di finanziamento è stata erogata dall’Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), il principale ente di finanziamento per la ricerca in ingegneria e scienze fisiche nel Regno Unito. Fa parte della UK Research and Innovation, che lavora in collaborazione con università, organizzazioni di ricerca, imprese, enti di beneficenza e governo per “creare il miglior ambiente possibile per la ricerca e l’innovazione”.

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Andrea Ballocchi
Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia mi occupo anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)

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