Mano bionica o motorizzata: come fa a muoversi?

Negli anni 70 ebbe grande successo una serie americana intitolata “L’uomo da 6 milioni di dollari”. Protagonista era il colonnello Steve Austin, che, a causa di un incidente durante una missione spaziale, aveva perso le gambe, il braccio destro e l’occhio sinistro. Gli organi danneggiati erano stati sostituiti, in un intervento altamente sperimentale, con arti bionici. Questo aveva fornito al colonnello Austin capacità eccezionali. Il titolo della serie prendeva origine dal costo dell’intervento, sei milioni di dollari, per l’epoca una cifra di un valore di gran lunga superiore rispetto all’equivalente attuale. 

Nel tempo, le cose sono molto cambiate. L’evoluzione tecnologica ha portato la bionica a non essere più un esercizio esoterico e a ridurre drasticamente i costi. Così oggi chi perde un arto può chiedere aiuto alla bionica per recuperare (se non del tutto, almeno in parte) la funzionalità. 

Questo è soprattutto vero nel caso della mano, la cui perdita può influire notevolmente sulla qualità della vita. Un dispositivo protesico come la mano bionica è in grado di imitare la normale funzione dell’arto e questo può essere fondamentale per il recupero fisico e mentale dopo l’amputazione. 

Un dispositivo da personalizzare  

Basata su una struttura complessa, una protesi come la mano bionica è un dispositivo medico che deve essere adattato a specifiche esigenze e a caratteristiche individuali. Una buona protesi deve essere affidabile e consentire una fluida interazione tra le dotazioni meccanica ed elettronica e la persona che la utilizza.  

Una mano bionica pesa tra 400 e 600 grammi circa, ovvero quanto una mano naturale, ed è controllata dai segnali mioelettrici, piccoli segnali elettrici nel corpo. Questi sono generati dalle contrazioni muscolari e possono essere misurati con elettrodi sulla pelle, allo stesso modo di un elettrocardiogramma nella diagnostica cardiaca. Due elettrodi, integrati nell’asta della protesi, rilevano i segnali mioelettrici e li inoltrano all’elettronica di controllo. Tali segnali sono amplificati e utilizzati per attivare i cinque piccoli motori elettrici (uno per ogni dito) che muovono le dita e il pollice: la mano si apre o si chiude. La forza della contrazione muscolare controlla la velocità e la forza di presa: un segnale debole genera un movimento lento, un segnale forte genera un movimento rapido. Per avere un controllo molto preciso, ogni dito sulla mano è dotato di un proprio motore elettrico miniaturizzato. I quattro motori per le dita si trovano nel palmo della mano, il quinto nel pollice. In ogni motore viene inserito un encoder per rilevare precisamente la posizione delle dita in qualsiasi momento.  

I micromotori alla base della mano bionica 

La ricerca ha portato all’impiego nella mano bionica dei micromotori CORELESS (a corrente continua) non solo perché sono leggeri ma anche perché robusti e di dimensioni ridotte, con un elevato rapporto potenza/volume. Inoltre, hanno un basso consumo energetico e questo permette l’uso della protesi per più giorni senza doverla ricaricare. 

Le mani bioniche continuano a essere sviluppate per fornire all’utente funzionalità avanzate, alcune delle quali possono ora includere il movimento individuale delle dita e la ricezione sensoriale. È così per esempio possibile tenere oggetti piatti, manovrare telecomandi, digitare su tastiere, trasportare carichi di un certo peso o reggere bicchieri. 

La sensibilizzazione delle mani si è rivelata difficile da padroneggiare, ma la ricerca è promettente. Esistono attualmente due tipi di sensori che possono essere integrati nelle mani protesiche: di posizione e di forza/tattili. I sensori di posizione forniscono alla mano informazioni di tipo propriocettivo, mentre i sensori di forza/tattili aiutano a misurare le interazioni con l’ambiente esterno, come la durezza o la rugosità del terreno, nonché la temperatura. 

Le mani protesiche ad apertura volontaria utilizzano un sistema di pressione a cavo per stimolare il movimento di apertura della mano. La mano si chiude automaticamente una volta tolta la pressione. È però vero anche il contrario, ossia esiste una mano protesica a chiusura volontaria, con la mano che si apre automaticamente senza pressione, ma si chiude solo dopo aver applicato una pressione sul cavo. 

Una mano protesica volontariamente aperta è in genere la scelta più popolare per le persone con forza limitata, ma l’opzione selezionata dipende dalle esigenze e dalle preferenze dell’individuo. Una mano protesica alimentata dal corpo è un’opzione più tradizionale e di solito più rapida da imparare a usare per il paziente. 

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