Come saranno gli arti bionici del futuro

Arti bionici da connettere direttamente al sistema nervoso del paziente a livello spinale, sia per controllare le funzioni motorie sia per restituire le sensazioni tattili perdute. È l’obiettivo del progetto Natural Bionics, finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca (European Research Council – ERC) nell’ambito del bando ERC Sinergy con 10 milioni di euro. Al progetto lavoreranno, in uguale parte ma con competenze diverse, Antonio Bicchi dell’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia a Genova, Dario Farina dell’Imperial College London, e Oskar Aszmann della Medical University di Vienna.

Arti bionici ma naturali

Il progetto è rivoluzionario, perché mette insieme robotica, software e chirurgia ricostruttiva per realizzare gli arti bionici di nuova generazione: arti il più possibile “naturali”, collegati con il sistema nervoso centrale e sviluppati insieme ai pazienti in ospedali europei. Le nuove braccia e le nuove gambe bioniche diventeranno parte integrante del corpo di alcuni pazienti volontari presso l’ospedale universitario a Vienna, centro di riferimento mondiale per la chirurgia ricostruttiva. Il problema delle attuali protesi per arti, infatti, è che spesso vengono abbandonate dai pazienti, perché non rispondono in modo “naturale” alle loro esigenze di movimento e di controllo dell’arto artificiale, oppure non sono integrabili direttamente con il loro corpo. La nuova tecnologia sarà invece sviluppata creando sinergia, fin dalla sua progettazione, tra chirurgia ricostruttiva, interfaccia uomo-macchina e robotica soft.

Leggere le intenzioni del paziente

Il gruppo londinese, guidato da Farina, si occuperà di gestire la lettura delle informazioni provenienti dalle fibre nervose motorie residue dell’arto amputato e di decodificare il loro complesso linguaggio, così da leggere le intenzioni del paziente e trasformarle in azioni della protesi. La ricca dotazione sensoriale delle mani e dei piedi bionici permetterà poi di restituire le sensazioni che il sistema nervoso si attende dall’interazione con l’ambiente esterno. Per fare questo, le fibre nervose sensoriali dell’arto amputato saranno reinnervate dai chirurghi, guidati da Aszmann a Vienna, in impianti di pelle glabra ricca di recettori tattili, i quali verranno stimolati da dispositivi bio-meccatronici sviluppati da IIT.

Sensazioni tattili

Quello che i ricercatori andranno a realizzare sul moncone del paziente, quindi, sarà un’immagine senso-motoria completa dell’arto perduto; nel caso di amputazione di mani, si tratterà di una sorta di “manunculus”, analogamente all’“homunculus” con cui solitamente si rappresenta la mappa del nostro corpo nella corteccia cerebrale. I micromovimenti del “manunculus” saranno trasformati in comandi alla protesi, e le letture dei sensori della protesi genereranno sensazioni tattili sulla pelle del “manunculus”.

Tecnologia della soft robotics

Affinché il sistema nervoso centrale riconosca l’arto bionico come “naturale”, sarà necessario che la protesi interagisca con l’ambiente nello stesso modo in cui lo farebbe il vero arto. Per questo motivo le protesi saranno costruite secondo la teoria delle sinergie senso-motorie e le tecnologie della soft robotics, che il gruppo di Bicchi ha proposto per primo, come per esempio per la mano robotica Soft-Hand. Tali tecnologie permetteranno lo sviluppo di protesi bioniche il più possibile simili agli arti naturali, in un approccio unico al mondo.

Un obiettivo ambizioso

“Sono molto felice che un progetto così rivoluzionario possa partire e grato all’ERC per finanziare e condividere l’attenzione e il coraggio necessari a imprese di questa portata”, dichiara Antonio Bicchi, ricercatore Senior all’IIT di Genova e Professore all’Università di Pisa. “Per la prostetica, Natural Bionics rappresenta un progetto “man-on-the-moon”: un obiettivo tanto ambizioso da apparire quasi irraggiungibile. Dovremo realizzare tali e tanti avanzamenti scientifici e tecnologici che le ricadute potranno andare anche oltre gli obiettivi del progetto stesso”.