Tech power: a 17 anni inventa un braccio protesico controllato dalla mente

a 17 anni inventa un braccio protesico controllato con la mente

Benjamin Choi, di 17 anni, ha sfruttato il tempo libero per progettare un dispositivo accessibile che non richiede interventi di neurochirurgia

Ha solo 17 anni, eppure ha costruito una protesi controllata dalla mente usando l’AI, spendendo appena 300 dollari- quando la versione “industriale” ne costa 450.000
Con pochi elettrodi ed accelerometri posizionati sulla fronte, senza interventi chirurgici, senza impianti cerebrali, un giovanissimo studente ha creato un dispositivo in grado di interpretare le onde cerebrali e trasformarle in movimento. Che funziona davvero.
Si è studiato quasi 900 pagine di calcolo, ha scritto oltre 23.000 righe di codice ed ha allenato un’intelligenza artificiale su migliaia di segnali cerebrali.

Un’esperienza che dice molto del sistema dell’innovazione, della sua portata – ancora ampiamente inesplorata e della possibilità offerte a molti di accedere a tecnologie che potrebbero cambiar loro la vita

Dall’intuizione al progetto

Oltre dieci anni fa, quando Benjamin Choi era in terza elementare, vide un documentario di 60 Minutes su una protesi controllata dalla mente. I ricercatori avevano impiantato minuscoli sensori nella corteccia motoria del cervello di una paziente, permettendole di muovere un braccio robotico usando solo il pensiero. Choi rimase affascinato dal concetto, paragonandolo a qualcosa uscito da un film di Star Wars.

«Ero davvero, davvero stupito all’epoca perché quella tecnologia era impressionante», racconta. «Ma ero anche preoccupato dal fatto che richiedesse un rischioso intervento chirurgico al cervello. E poi era del tutto inaccessibile, con costi nell’ordine delle centinaia di migliaia di dollari».

Anni dopo, quando la pandemia colpì nel 2020, Choi—al tempo studente di seconda superiore in Virginia—si ritrovò con molto tempo libero. Il laboratorio in cui aveva previsto di passare l’estate facendo ricerca sui combustibili a base di alluminio era stato chiuso. Ma il documentario che aveva visto anni prima gli era rimasto impresso, e decise di usare quel tempo per costruire da solo un braccio protesico meno invasivo.

Nel laboratorio improvvisato sul tavolo da ping pong nel suo seminterrato (dove a volte lavorava fino a 16 ore al giorno!), Choi progettò autonomamente la prima versione del suo braccio robotico utilizzando la stampante 3D da 75 dollari di sua sorella e del filo da pesca. La stampante non poteva realizzare pezzi più lunghi di 12 cm, quindi Choi stampò il braccio in minuscole sezioni che poi assemblò con bulloni e elastici. In totale, la stampa richiese circa 30 ore. Questa versione funzionava grazie ai dati delle onde cerebrali e ai movimenti della testa, e Choi pubblicò le istruzioni online per permettere a chiunque di costruirne uno.

Aveva già una certa esperienza nella costruzione di robot e nella programmazione, grazie alla partecipazione a gare di robotica a livello elementare, medio e superiore, arrivando più volte ai campionati mondiali. A partire dal primo anno delle superiori, si era anche autoformato nei linguaggi di programmazione Python e C++ guardando video su Stack Overflow, un sito per programmatori.

Il braccio prostetico di Benjamin Choi

Dopo oltre settantacinque iterazioni progettuali, il braccio robotico non invasivo controllato dalla mente di Choi è ora realizzato con materiali di grado ingegneristico e può sopportare fino a circa quattro tonnellate di peso. Funziona grazie a un algoritmo basato sull’intelligenza artificiale (IA) che interpreta le onde cerebrali dell’utente. E costa solo circa 300 dollari per essere prodotto—un enorme risparmio rispetto alle protesi attualmente in commercio. Una protesi basica per l’arto superiore, azionata dal corpo, costa circa 7.000 dollari. Nel 2015, la Modular Prosthetic Limb, una protesi avanzata con 26 giunture, centinaia di sensori e in grado di sollevare fino a 20 kg, costava circa 500.000 dollari. Abbinata a un intervento chirurgico per deviare i nervi originariamente collegati al braccio, consente ai pazienti di controllarla con il pensiero e persino di percepire la consistenza degli oggetti.

Il braccio di Choi utilizza l’elettroencefalografia, o EEG, per evitare le tecniche invasive delle altre protesi. I dispositivi EEG registrano l’attività elettrica del cervello tramite sensori posti sulla testa. Sono spesso usati in medicina per diagnosticare l’epilessia o altri disturbi neurologici.

Il suo sistema impiega due elettrodi: un sensore di riferimento fissato al lobo dell’orecchio e un altro sulla fronte, che raccoglie i dati EEG. L’elettrodo sulla fronte rileva le onde cerebrali e invia le informazioni a un microchip nel braccio protesico tramite Bluetooth. Un modello di IA, creato dallo stesso Choi e anch’esso integrato nel chip, interpreta i dati e li traduce in una previsione di ciò che il cervello sta pensando. Il braccio si muove anche tramite i gesti della testa e si arresta con ammiccamenti intenzionali.

Come funziona? 

Il funzionamento del braccio prostetico controllato dalla mente grazie all’AI, sviluppato da Benjamin Choi, è ben spiegato nel video:

La dimensione del problema 

Si stima che circa 2 milioni di persone negli Stati Uniti vivano con la perdita di un arto, e ogni anno si verifichino circa 185.000 amputazioni. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, solo una persona su dieci tra quelle che necessitano di dispositivi assistivi, come protesi e ortesi, ha effettivamente accesso a questi strumenti, a causa dell’“alto costo” e della mancanza di consapevolezza, disponibilità, personale formato, politiche e finanziamenti.

Su Benjamin Choi

Benjamin è ora studente presso l’Università di Harvard. Oltre ai suoi interessi nel campo dell’ingegneria, è un appassionato violinista, scrittore, amante del trivia e tifoso delle squadre sportive di Washington D.C. Si è recentemente diplomato presso la Potomac School di McLean, Virginia, dove ha ricoperto il ruolo di Presidente del Consiglio Studentesco. Al di fuori dell’ambito scolastico, ha suonato in cinque diverse orchestre, ha partecipato al circuito nazionale giovanile di squash, ha scritto per numerose riviste letterarie e ha partecipato a una trasmissione televisiva come fondatore della squadra It’s Academic della Potomac.

Come ricercatore, ha vinto oltre 25 premi a livello nazionale e internazionale. È autore principale di numerosi articoli originali, alcuni dei quali sono in fase di pubblicazione presso le più prestigiose riviste scientifiche internazionali. Ha inoltre ottenuto risultati di rilievo in diversi concorsi internazionali di violino ed è stato recentemente invitato a esibirsi come solista alla Carnegie Hall. È anche uno scrittore e autore letterario pubblicato professionalmente; i suoi lavori sono stati riconosciuti dal New York Times, Writer’s Digest e molte altre istituzioni. Nell’ultimo anno è stato finalista del Regeneron Science Talent Search e ha ricevuto un’onorificenza dalla Casa Bianca come United States Presidential Scholar nel 2022.

Benjamin Choi ha continuato a sviluppare il suo progetto di protesi controllata dalla mente anche dopo l’inizio dei suoi studi presso l’Università di Harvard. Il suo obiettivo rimane quello di rendere le protesi avanzate più accessibili e meno invasive per le persone con amputazioni.

Evoluzione del progetto a Harvard

Durante il suo percorso universitario, Choi ha collaborato con il professor Ji Liu della Stony Brook University per perfezionare la sua protesi transomerale a basso costo. Insieme, hanno sviluppato un sistema di controllo che combina segnali EEG e gesti della testa, migliorando l’interpretazione dei segnali neurali attraverso algoritmi di apprendimento automatico. Questo sistema utilizza una struttura gerarchica di esperti per analizzare dati EEG provenienti da otto bande di frequenza, consentendo un controllo più preciso e reattivo della protesi. Davidson Institute+1ResearchGate+1ResearchGate

Pubblicazioni e riconoscimenti

Il lavoro di Choi è stato pubblicato nel Journal of Neural Engineering, evidenziando l’efficacia del suo sistema nel controllo di una protesi a un costo di produzione di circa 300 dollari. La protesi ha dimostrato prestazioni competitive nei test standard del settore, come il Box and Block Test. ResearchGate

Impatto e futuro

Choi continua a perseguire la sua missione di democratizzare l’accesso alle protesi avanzate, lavorando per migliorare ulteriormente il suo dispositivo e renderlo disponibile a un pubblico più ampio. Il suo impegno e le sue innovazioni rappresentano un passo significativo verso soluzioni protesiche più accessibili e personalizzate.