Mano robotica, tecnologia e sperimentazione: a che punto siamo?

La mano robotica è ormai realtà, non solo quale estensione di robot collaborativi ma anche in campo medico come protesi che consente di ottenere performance equiparabili a quelle di un arto naturale.  

Miniaturizzazioneleggerezzacompattezzaefficienza, facilità d’uso, capacità di movimento presa, oltre a design innovativo e interazione della mano robotica con il sistema muscolare e nervoso dell’individuo sono i fattori che la rendono una soluzione efficace. Le sperimentazioni, insieme al primo intervento chirurgico pionieristico, lo confermano.  

Mano robotica, mercato mondiale dei robot e chirurgia robotica

La mano robotica è sempre più una componente essenziale dei robot impiegati nei diversi processi produttivi e campi applicativi: saldatura e montaggio, assemblaggio e logistica, servizi di assistenza e chirurgia robotica.  

A livello mondiale – ha evidenziato il World Robotics 2019 redatto dall’International Federation of Robotics – il mercato dei robot ha raggiunto il valore di 16,5 miliardi di dollari, solo nel 2018 sono state consegnate 422mila unità in tutto il mondo, con un aumento del 6  rispetto all’anno precedente. L’industria italiana è sesta a livello mondiale per stock complessivo di robot industriali installati (69.142 unità nel 2018), preceduta da  strong>Cina, GiapponeCorea del SudStati Uniti e&nbsp Germania

La robotica chirurgica non è una novità. Da anni nelle strutture sanitarie sono operativi robot chirurgici, specialmente per le operazioni laparoscopiche. A diffondersi è sempre più anche la presenza della mano robotica, che porta con sé la sfida di ampliare le possibilità e il valore della robotica in chirurgia, arrivando alla scala micro.  

Libertà di movimentominiaturizzazioneprecisioneelevata potenza, capacità di presa e bloccaggiocompattezzaleggerezza ed efficienza energetica la rendono idonea a supportare il lavoro umano e sostituirlo in determinate funzioni.  

Se utilizzata come protesi, la mano robotica deve avere due ulteriori caratteristiche. La prima: un design concepito per coniugare funzione di utilizzo e aspetto estetico. La seconda: deve consentire una buona interazione tra le componenti meccaniche ed elettroniche e la persona. Deve quindi integrarsi con i muscoli e il sistema nervoso dell’individuo per permettere la naturalezza di movimento, elemento che la caratterizza insieme alla resistenza dei materiali e alla semplicità d’uso. 

La tecnologia della mano robotica

La mano robotica protesica si basa su un sistema di controllo di tipo mioelettrico, che sfrutta gli impulsi elettrici che provengono dalla contrazione dei muscoli della parte residua dell’arto per trasmettere le informazioni e consentire il movimento delle dita della mano. Gli elettrodi, posizionati sulla pelle della persona, estraggono i segnali di controllo dai muscoli del moncone sottostante e trasmettono il segnale che consente di comandare la mano semplicemente pensando ai movimenti naturali e senza la necessità di alcun trattamento chirurgico invasivo

Perché una mano robotica abbia gradi di libertà e movimento equiparabili a quelli di una mano umana, i molti meccanismi attuatori vengono posizionati sia nelle dita che nel palmo della mano. La corrente deve essere costante ed elevata, così da mantenere salda la presa della mano sugli oggetti.Il funzionamento e il controllo della mano è garantito da un motore posizionato nel palmo della mano e da micromotori elettrici posti in ogni singolo dito.  

micromotori coreless DC brush sono i più indicati per essere impiegati nel funzionamento della mano robotica. Leggeri, robusti, di dimensioni ridotte e compatte, con elevato rapporto potenza/volume, basso consumo energetico e precisione nel movimento di controllo, consentono che la mano robotica possa arrivare a eguagliare le performance della mano umana, rendendo raggiungibile l’obiettivo di replicare la gestualità e la funzionalità dellarto naturale

Mano robotica: il punto sulla sperimentazione

Diverse sono le realtà di ricerca che hanno sviluppato soluzioni all’avanguardia. Vediamone alcune 

IIT e INAIL insieme per Hannes, 

Tra le prime, da citare Hannes, la mano robotica ideata dall’Istituto Italiano di Tecnologia in collaborazione con l’Inail. Ha lo scopo di essere facilmente utilizzabilerobusta, semplice per l’utilizzatore e ha la capacità di raggiungere un livello di versatilità di presa paragonabile a quello della mano umana

Hannes è controllata dalla contrazione del muscolo residuo dell’arto mancante attraverso sensori di superficie. Secondo gli sviluppatori, può restituire al paziente che la indossa circa il 90% della funzionalità della mano naturale. 

MyHand, il progetto della Scuola superiore Sant’Anna di Pisa 

L’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore SantAnna di Pisa ha sviluppato My-Hand, la mano robotica con peso inferiore a 500 grammi e dimensioni esterne comparabili a quelle della mano di una donna adulta.  

La struttura, in lega di alluminio, funziona grazie a tre micromotori elettrici che, in meno di un secondo, portano alla completa chiusura delle dita. My-Hand ha sette movimenti e prese possibili, un’elettronica di controllo integrata nel dorso della mano e il controllo proporzionale tramite segnali muscolari. I movimenti e le prese della mano vengono controllati in maniera naturale attraverso sensori che rilevano i segnali nervosi che attraversano i muscoli. 

Le nuove frontiere della chirurgia 

Al febbraio 2019 risale il primo intervento chirurgico pionieristico durante il quale, su una paziente svedese con amputazione della mano, è stato inserito un impianto osteo-neuromuscolare per controllare la protesi della mano.  

Nelle ossa dell’avambraccio della donna sono state impiantate protesi in titanio. Gli elettrodi estesi a nervi e muscoli permettono il passaggio di segnali per controllare la mano robotica e fornire sensazioni tattili. L’operazione, svolta nell’ospedale universitario di Sahlgrenska (Göteborg – Svezia), si è svolta nell’ambito del progetto DeTop finanziato dalla Commissione europea e coordinato dalla Scuola Superiore Sant’Anna.  

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