Mano biomeccatronica a cinque dita - Interfacce neurali


    I MATERIALI UTILIZZATI

    Il prototipo di mano robotica utilizzato per il progetto LifeHand si chiama CyberHand e pesa circa due chili.

    Immagine - 4 - CyberHand il prototipo di mano per il progetto LifeHand

    La mano biomeccatronica ha dita di alluminio e i meccanismi che permettono i movimenti sono in acciaio mentre il palmo e la copertura sono in materiale di fibra di carbonio.

    La parte elettronica di CyberHand è costituita da materiali standard, utilizzati di norma per la realizzazione di schede elettroniche. Le sue dimensioni sono analoghe a quelle di una mano umana.

    INTERFACCE NEURALI

    Le interfacce neurali sono dei dispositivi in grado di far comunicare il nostro sistema nervoso centrale (cervello o midollo spinale) o periferico (nervi periferici) con dispositivi elettronici capaci di attuare compiti, ma anche azioni complesse, di norma compiute, a livello fisiologico, dal nostro sistema muscolo-osteo-articolare.

    Immagine - 5 - I sistemi di interfacciamento sistema nervoso e apparati elettronici.

    Nell’ambito di LifeHand è stato realizzato per la prima volta l’impianto su due nervi diversi del braccio (mediano e ulnare) di quattro elettrodi tf-LIFE di nuova generazione, dotati di otto canali di registrazione/stimolazione ciascuno.

    La possibilità di effettuare i tre tipi di presa, interfacciandosi tramite gli elettrodi tf-LIFE con una mano robotica a cinque dita, può mettere una persona in condizioni di svolgere la quasi totalità delle attività della vita quotidiana e lavorativa.

    Queste prestazioni sono state possibili anche grazie a un complesso sistema di acquisizione ed elaborazione dei segnali neurali.

    Nel progetto LifeHand, queste interfacce sono state utilizzate per muovere la protesi di mano cibernetica e gli elettrodi tf-LIFE sono i mezzi attraverso i quali il cervello e i nervi periferici del paziente hanno potuto inviare e ricevere informazioni alla e dalla protesi di mano, senza utilizzare nessun muscolo né alcun organo di senso.

    Gli elettrodi di tipo thin-film LIFE sono stati scelti per le loro caratteristiche:

    i quattro elettrodi rappresentati da minuscoli filamenti flessibili di dimensioni miniaturizzate (due filamenti di 10 µm x 180 µm), biocompatibili e spessi 10 milionesimi di millimetro (nanometri) e lunghi 180 nanometri. Ognuno di essi ha otto canali (localizzati su altrettanti siti in platino) che permettono il passaggio dei segnali fra cervello e mano.

    l’Ing. Silvestro Micera della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa ha coordinato il gruppo di lavoro che si è si è occupato dello sviluppo degli algoritmi per l’estrazione dei comandi motori e per la stimolazione delle fibre sensoriali, al fine di realizzare il collegamento bi-direzionale fra le interfacce (impiantate) e la mano (esterna), parti essenziali di una protesi cibernetica.

    Immagine - 6 - Il sistema di collegamento tra i tf-LIFE e CyberHand

    Le 32 vie di comunicazione differenti tra paziente e protesi biomeccatronica, in pratica il dialogo cervello-mano, disponibili attraverso gli elettrodi tf-LIFE hanno aumentato fortemente l’efficacia dell’invio e della ricezione di informazioni tra cervello e mano.

    Molto importante ai fini delle ricerche quello che ricercatori italiani, per la prima volta, hanno valutato: le modificazioni intervenute a livello della corteccia cerebrale – i cosiddetti fenomeni di neuro plasticità – in conseguenza dell’impianto e dell’utilizzo delle interfacce neurali tf-LIFE da parte del paziente.

    Immagine - 7 - Profilo dell'unità di acquisizione ed elaborazione segnali neurali

    Di interfacce neurali, ovvero di dispositivi tecnologici in grado di connettere il cervello umano ad un computer, si parla da almeno vent'anni.

    Dagli anni '80, quando il concetto fu introdotto nella letteratura cyberpunk, si è arrivati oggi alle sperimentazioni su esseri umani, che hanno portato, di recente, anche alla creazione di alcuni prototipi funzionanti.

    Il lavoro condotto dai ricercatori dimostra che le interfacce neurali stanno lentamente iniziando a diventare da prototipi di laboratorio a veri prodotti cominciano ad essere numerose e di diverso tipo.

    Obiettivo finale:



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