protesi a controllo magnetico: il progetto tutto italiano
Dalla Scuola Sant’Anna di Pisa la protesi del futuro: robotica e a controllo magnetico. Una nuova eccellenza della robotica Made in Italy
Un’innovativa protesi è stata messa a punto dalla Scuola Sant’Anna di Pisa: consiste in piccoli magneti che vengono impiantati nei muscoli residui dell’arto amputato e funziona oltre le aspettative: a giudicare dal paziente sulla quale è stata sperimentata, “è come usare il proprio arto”.
È un sistema completamente nuovo in grado di controllare i movimenti di una mano robotica, restituendo alla persona amputata la possibilità di compiere azioni quotidiane come aprire un barattolo o usare un cacciavite. La sperimentazione sul primo paziente si è conclusa con successo lo scorso settembre e il team di ricerca prevede di estendere questi risultati su una casistica più ampia di amputazioni e di pazienti. I risultati della sperimentazione sono stati pubblicati sulla rivista Science Robotics.
Come funziona
Un team di ricerca dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, coordinato dal prof. Christian Cipriani, ha sviluppato un sistema di interfaccia tra il braccio residuo della persona amputata e la mano robotica radicalmente nuovo, che prevede l’impianto di piccoli magneti nei muscoli dell’avambraccio, in grado di decodificare le intenzioni motorie.
Quella sviluppata dalla Scuola Superiore S. Anna di Pisa è la prima protesi di mano al mondo a controllo magnetico. E’ capace di riprodurre i movimenti pensati da chi la indossa e di dosare la forza quando si afferrano oggetti fragili. Nessun filo, nessuna connessione elettrica, solo magneti e muscoli che controllano i movimenti delle dita e permettono di compiere azioni quotidiane come aprire un barattolo, usare un cacciavite, raccogliere una monetina.
L’impianto, integrato alla mano robotica Mia-Hand, sviluppata dalla spin-off Prensilia, è stato sperimentato con successo sul primo paziente, un ragazzo italiano di nome Daniel di 34 anni, che ha potuto indossare la protesi per 6 settimane.
I risultati della sperimentazione sono stati davvero incoraggianti e rappresentano un significativo passo in avanti per il futuro delle protesi.
Il controllo miocinetico, per una protesi più naturale
Controllo miocinetico, ovvero la decodifica delle intenzioni motorie attraverso magneti impiantabili nei muscoli. È questa la frontiera esplorata dal team di ricerca della Scuola Superiore Sant’Anna per rivoluzionare il futuro delle protesi. L’idea alla base della nuova interfaccia, sviluppata all’interno del progetto MYKI, finanziato dalla Commissione Europea tramite un ERC Starting Grant, è quella di usare dei piccoli magneti, delle dimensioni di qualche millimetro, da impiantare nei muscoli residui del braccio amputato e usare il movimento della contrazione per aprire e chiudere le dita.
“Ci sono 20 muscoli nell’avambraccio e molti di questi controllano la mano. Molte persone che perdono una mano continuano a sentirla come se fosse ancora al suo posto e i muscoli residui si muovono in risposta al comando che arriva dal cervello” spiega Cipriani.
Il team di ricerca ha mappato i movimenti e li ha tradotti in segnali per controllare le dita della mano robotica. I magneti infatti sono dotati di un naturale campo magnetico che può essere tracciato nello spazio. Quando il muscolo si contrae, il magnete si muove e uno speciale algoritmo traduce questo cambiamento in un comando specifico per la mano robotica.
Tutto riassunto molto bene in questo video:
La sperimentazione
Daniel, un uomo italiano di 34 anni, è il primo paziente che ha testato la nuova protesi: ha perso la mano sinistra nel settembre del 2022 ed è stato scelto come volontario dello studio perché sentiva ancora la presenza della mano e i muscoli residui del suo braccio rispondevano alle intenzioni di movimento.
Nell’aprile del 2023 Daniel è stato sottoposto a un intervento chirurgico per impiantare i magneti nel suo braccio. L’intervento è stato realizzato presso l’Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana (AOUP), grazie alla collaborazione di un team coordinato dal dottor Lorenzo Andreani dell’Unità operativa Ortopedia e Traumatologia 2, dalla dottoressa Manuela Nicastro della sezione Anestesia e rianimazione ortopedia e centro ustioni, e dal dottor Carmelo Chisari, della sezione Neuroriabilitazione.
Una delle sfide più complesse è stata l‘identificazione dei muscoli residui nella zona dell’amputazione, selezionati con precisione tramite le immagini della risonanza magnetica e dell’elettromiografia preoperatorie, anche se poi le condizioni effettive del tessuto a causa di cicatrizzazioni e fibrosi hanno richiesto un adattamento intraoperatorio
In totale sono stati impiantati sei magneti: per ciascuno di questi, si è dovuto localizzare e isolare il muscolo, posizionare il magnete e verificare che il campo dei magneti fosse indirizzato allo stesso modo.
Una settimana di riposo per accertarsi che non ci fossero rigetti causati dall’operazione e poi Daniel ha potuto indossare e provare la mano robotica.
Per rendere più facile la connessione tra il braccio residuo dove sono stati impiantati i magneti e la mano robotica, è stata realizzata una invasatura protesica in fibra di carbonio che contiene il sistema elettronico in grado di localizzare lo spostamento dei magneti.
Risultati molto promettenti
I risultati della sperimentazione sono andati ben oltre le più rosee previsioni: Daniel è riuscito a controllare i movimenti delle dita, ha raccolto e spostato oggetti di forme diverse, ha compiuto classiche azioni quotidiane come aprire un barattolo, usare un cacciavite, tagliare con un coltello, chiudere una zip; è stato in grado di controllare la forza quando ha dovuto afferrare oggetti fragili.
“Questo risultato corona un percorso di ricerca lungo decenni. Siamo finalmente riusciti a sviluppare una protesi funzionale alle esigenze di una persona che ha perso una mano” ha dichiarato Christian Cipriani, professore ordinario presso l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa.
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fonti: Pisa Today I Scuola Superiore Sant”Anna Pisa
immagini: Scuola Superiore Sant”Anna Pisa
autrice: Barbara Marcotulli
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