I nuovi arti bionici dell’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova

Natural Bionic: il progetto dell’Istituto Italiano di Tecnologia ha vinto un finanziamento da 10 milioni di euro per realizzare una nuova generazione di protesi

Ancora una volta l'Istituto Italiano di Tecnologia di Genova si è distinto per il costante lavoro di ricerca, in questo caso nel campo delle protesi artificiali, che ultimamente sta compiendo passi da gigante.

Oggi ci troviamo di fronte a mani artificiali che permettono di compiere svariati movimenti in completa autonomia. Questi dispositivi, infatti, hanno una controllabilità maggiore rispetto alle protesi di qualche decennio fa.

Nonostante alcune nuove protesi bioniche riescano a restituire informazioni sensoriali, è vitale continuare con la ricerca e le sperimentazioni per poter realizzare un arto bionico in grado di avvicinarsi il più possibile ad un arto naturale in esperienze e funzionalità.

Natural Bionics: un progetto rivoluzionario

L’Istituto Italiano di Tecnologia progetta arti bionici del futuro

L'Istituto Italiano di Tecnologia di Genova sta lavorando ad un progetto rivoluzionario che mette insieme robotica, software e chirurgia ricostruttiva per realizzare arti bionici di nuova generazione collegati con il sistema nervoso centrale e sviluppati insieme ai pazienti in alcuni ospedali europei.

È il progetto Natural Bionics, un'iniziativa che riunisce i ricercatori dell’Istituto Italiano di Tecnologia, dell’Imperial College di Londra e della Medical University di Vienna, e che è riuscito a convincere l'European Research Council a finanziare l'impresa con un bando da 10 milioni di euro per i prossimi 6 anni.

A questo importante progetto lavoreranno in parti uguali, ma con competenze diverse, Antonio Bicchi dell'Istituto Italiano di Tecnologia a Genova, Dario Farina dell'Imperial College London e Oskar Aszmann della Medical University di Vienna.

Questa nuova tecnologia sarà sviluppata creando un legame tra chirurgia ricostruttiva, interfaccia uomo-macchina e robotica soft proprio per sviluppare arti bionici capaci di comunicare con il nostro sistema nervoso. Le nuove protesi diventeranno parte integrante del corpo di alcuni pazienti volontari presso l'ospedale universitario a Vienna.

Il nuovo concetto di arto bionico prevede la creazione di una connessione diretta tra l'arto artificiale e il sistema nervoso del paziente a livello spinale per controllare le funzioni motorie e restituire le sensazioni tattili perdute.

Il complesso rapporto uomo-macchina

La difficoltà nell'integrazione del dispositivo meccanico con il corpo umano sta nella comunicazione con il sistema nervoso. La sfida è creare un arto bionico che possa ricevere quanti più stimoli nervosi e generare quante più risposte in termini di movimenti e di informazioni sensoriali. 

Fino ad oggi sono stati compiuti diversi e rilevanti studi ed esperimenti in questo delicato campo: hanno provato, per esempio, ad impiantare negli arti amputati elettrodi e sensori in modo da scambiare informazioni con i nervi presenti. Questa pratica necessita di ulteriori perfezionamenti per dare risultati sperati.

Il professore di robotica Antonio Bicchi ha spiegato:

Questo approccio soffre di un problema legato alla complessità del sistema nervoso umano. Una mano è innervata da circa 350mila fibre nervose, di cui la stragrande maggioranza serve a trasmettere informazioni sensoriali al cervello. Ed è evidente la complessità intrinseca in un tale sistema, e la difficoltà di riuscire a ottenere e trasmettere informazioni a una tale quantità di nervi utilizzando un piccolo numero di elettrodi o di sensori.

L’Istituto Italiano di Tecnologia progetta arti bionici del futuro

Il progetto Natural Bionics seguirà, invece, una via completamente diversa: re-innervare le fibre nervose dell’arto amputato in un nuovo impianto di pelle prelevato direttamente dal corpo del paziente, così che queste si reinnestino nei loro recettori naturali e riprendano a trasmettere informazioni al sistema nervoso.

I ricercatori sperano così di ottenere quello che definiscono un "manunculus", una sorta di rappresentazione senso-motoria dell’arto mancante proiettata sulla superficie del lembo di pelle che chiude l'arto amputato.

Ogni segnale proveniente dal cervello sarebbe così registrabile dai nervi del manunculus, e ogni imput proveniente dal manunculus verrebbe subito trasmesso al cervello come se arrivasse veramente dall’arto mancante. L'arto diventa così un bio hub, ossia un portale che mette in comunicazione diretta il cervello con una protesi artificiale.

Il professor Bicchi ha dichiarato:

Una volta superata questa prima fase, sarà quindi il momento di imparare a decodificare i segnali nervosi che arrivano al manunculus, per trasformarli in comandi da impartire all’arto artificiale, e viceversa.

Soft-robotics

La perfetta integrazione e comunicazione tra cervello umano e dispositivo meccanico non è però l'unico obiettivo del progetto Natural Bionics: la Soft Robotics, infatti, e cioè la robotica che utilizza materiali morbidi per imitare al meglio gli organismi biologici, permette di guardare ancora più in avanti in quanto a protesi.

Negli scorsi anni, infatti, sempre il team del professor Antonio Bicchi, ha già realizzato il primo prototipo di soft hand, una protesi morbida dotata di 19 gradi di libertà. Si pensi al prototipo di mano soft unito ai risultati del progetto Natural Bonics: il maggiore scambio di informazioni potrà portare il nuovo arto bionico a compiere movimenti più fluidi e naturali, e prese più funzionali.

Anche se i primi risultati saranno visibili solo tra qualche anno, Bicchi è fiducioso:

Il nostro obiettivo è quello di concludere il progetto tra sei anni con almeno un paziente a cui sia stata impiantata la nuova mano bionica e uno con una protesi per un arto inferiore. Questo progetto è molto ambizioso: aprirà le porte ad una generazione completamente nuova di arti prostetici realmente bionici.