Un nuovo esoscheletro comandato dai pensieri umani

L’esoscheletro – un dispositivo robotico che si adatta intorno ai fianchi e alle gambe dell’uomo – è parte di una nuova tecnologia sviluppata da ricercatori in Germania e in Corea. L’altra parte è un cappuccio scuro sulla testa dell’uomo, coperto di elettrodi che facilitano la connessione tra il cervello e la macchina. L’esoscheletro viene infatti controllato dai pensieri umani.L’uomo che indossa l’esoscheletro nell’esperimento può camminare da solo (lui è uno dei partecipanti dello studio pubblicato di recente), ma gli scienziati pensano che il loro nuovo dispositivo controllato mentalmente potrebbe un giorno essere utilizzato da persone che non possono camminare – come quelli che hanno subito gravi lesioni del midollo spinale, o persone con malattie neurodegenerative, come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA)

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Un sacco di ricercatori stanno lavorando per sviluppare tecnologie che aiutano le persone a ritrovare il controllo dei loro movimenti attraverso una combinazione di robotica e intelligenza (formalmente conosciuto come i sistemi di controllo dell’interfaccia neurale).

Nel 2011, una donna che ha subito un ictus che l’ha lasciata incapace di muoversi ha sollevato una tazza con un braccio robotico che ha manipolato con i suoi pensieri. Nel 2012, un’altra donna (tetraplegica da degenerazione spinocerebellare) ha mangiato un pezzo di cioccolato con una braccio robotico controllato mentalmente.

Ma queste tecnologie differiscono dal nuovo modo di controllare l’esoscheletro attraverso il proprio cervello: al fine di manipolare uno di questi bracci robotici col cervello, i pazienti dovevano sottoporsi prima a chirurgia cerebrale invasiva. Chirurghi impiantavano elementi di nanoelettronica nel cervello dei pazienti che, se collegati a cavi esterni, permettevano alle donne di controllare i bracci robotici usando impulsi elettrici del proprio cervello.

Una nuova interfaccia neurale

Ma l‘interfaccia neurale sviluppata dai ricercatori della Korea University di Seoul, in Corea del Sud, e dall’Università Tecnica (TU) di Berlino non richiedono un intervento chirurgico al cervello. Al fine di controllare l’esoscheletro, nello studio si sistema prima un cappuccio coperto di piccoli elettrodi sulla testa. Le cuffiette con gli elettrodi sono gli strumenti che collegano il cervello del soggetto con l’esoscheletro, e sono comunemente utilizzati negli elettroencefalogramma (EEG) – un metodo di registrazione dell’attività elettrica che si ottiene mettendo materiali conduttivi sul cuoio capelluto (le onde cerebrali vengono poi riportati su un grafico, proprio come la frequenza cardiaca).

Nello studio sull’esoscheletro, il cappuccio EEG è stato utilizzato per raccogliere i segnali del cervello – quelli creati da quello che i ricercatori chiamano lo steady-state visual evoked potentials (SSVEPs). In sostanza, gli elettrodi rilevano “luci lampeggianti” hanno detto i ricercatori.

Un piccolo controllore aggettante dall’esoscheletro detiene una serie di diodi emettitori di luce (LED) che si illuminano in diversi modelli. I modelli rappresentano comandi specifici che l’esoscheletro può svolgere, come alzarsi, sedersi, camminare in avanti, girare a sinistra e girare a destra.

La persona che indossa l’esoscheletro guarda una di queste luci (per esempio, quello che corrisponde al comando per fare un passo avanti). Il suo cervello produce un particolare segnale elettrico in risposta al vedere la luce. Tale segnale viene prelevato dal cappuccio dell’elettrodo, che invia le informazioni del segnale a un computer tramite una connessione wireless. Il computer poi traduce i segnali del cervello nel comando appropriato e invia il comando all’esoscheletro. In pochi secondi, l’esoscheletro fa un passo avanti.

Pro e contro del nuovo esoscheletro

L’installazione è intuitiva secondo Klaus Müller, un professore nel dipartimento di informatica presso la TU e autore principale del nuovo documento che delinea la ricerca. La tecnologia è considerata robusta perché l’interfaccia funziona anche se l’esoscheletro crea tutti i tipi di segnali elettrici che potrebbero interferire con i segnali cerebrali. Ed è intuitivo perché, nonostante tutte le fasi controllate del processo cerebrale, è in realtà piuttosto semplice ottenere che l’esoscheletro faccia quello che si vuole.

Ma l’interfaccia neurale non è senza alcune piccoli contro. Per prima cosa, tutti i 12 partecipanti allo studio dovevano essere sottoposti a screening per l’epilessia prima di partecipare, e anche Müller ha detto che fissare i LED lampeggianti dell’interfaccia per lunghi periodi di tempo gli dà il mal di testa.

In futuro, i ricercatori sperano di creare un sistema simile che provoca meno “affaticamento visivo“, ha detto Müller. L’altro ostacolo per la costruzione di un esoscheletro è il suo costo.

Non solo i ricercatori hanno bisogno di effettuare tutti i tipi di studi clinici prima di tenere questi dispositivi vicino ai pazienti nel mondo reale, ma gli stessi pazienti dovranno pagare per loro. Ottenere che le compagnie di assicurazione coprano il costo di questa futuristica (ma potenzialmente vitale) tecnologia potrebbe essere la parte più difficile del processo.

Via | livescience

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