Keven Walgamott aveva una buona "sensazione" di raccogliere l'uovo senza schiacciarlo. Quello che sembra semplice per quasi tutti gli altri può essere più di un compito titanico per Walgamott, che ha perso la mano sinistra e parte del braccio in un incidente elettrico 17 anni fa. Ma stava testando il prototipo di un braccio protesico ad alta tecnologia con dita che non solo possono muoversi, possono muoversi con i suoi pensieri. E grazie a un team di ingegneria biomedica dell'Università dello Utah, "sentiva" l'uovo abbastanza bene in modo che il suo cervello potesse dire alla mano protesica di non stringere troppo forte.

Questo perché la squadra, guidato dal professore associato di ingegneria biomedica dell'Università dello Utah Gregory Clark, ha sviluppato un modo per il "Braccio LUKE" (così chiamato dopo la mano robotica che Luke Skywalker ha ottenuto in "L'impero colpisce ancora") per imitare il modo in cui una mano umana sente gli oggetti inviando i segnali appropriati al cervello. Le loro scoperte sono state pubblicate in un nuovo articolo scritto dallo studente di dottorato in ingegneria biomedica di U Jacob George, l'ex dottorando David Kluger, Clark e altri colleghi nell'ultima edizione della rivista Robotica scientifica .

"Abbiamo cambiato il modo in cui inviamo queste informazioni al cervello in modo che corrispondano al corpo umano. E abbinando il corpo umano, siamo stati in grado di vedere benefici migliorati, "Dice George. "Stiamo creando segnali biologicamente più realistici."

Ciò significa che un amputato che indossa il braccio protesico può percepire il tocco di qualcosa di morbido o duro, capire meglio come prenderlo, ed eseguire compiti delicati che sarebbero altrimenti impossibili con una protesi standard con ganci metallici o artigli per le mani.

"Mi ha quasi fatto piangere, " Walgamott afferma di aver utilizzato il braccio LUKE per la prima volta durante i test clinici nel 2017. "È stato davvero sorprendente. Non avrei mai pensato di poter sentire di nuovo quella mano".

Walgamott, un agente immobiliare di West Valley City, Utah, e uno dei sette soggetti di prova presso l'Università dello Utah, riusciva a cogliere l'uva senza pigiarla, prendere un uovo senza romperlo, e tenere la mano della moglie con una sensazione nelle dita simile a quella di una persona normodotata.

"Una delle prime cose che voleva fare era mettere la sua fede nuziale. È difficile da fare con una mano, " dice Clark. "E 'stato molto commovente."

Il modo in cui queste cose vengono realizzate è attraverso una complessa serie di calcoli e modelli matematici.

Il braccio LUKE

Il braccio LUKE è in sviluppo da circa 15 anni. Il braccio stesso è composto principalmente da motori e parti in metallo con una "pelle" di silicone trasparente sulla mano. È alimentato da una batteria esterna e collegato a un computer. È stato sviluppato da DEKA Research &Development Corp., una società con sede nel New Hampshire fondata dall'inventore del Segway Dean Kamen.

Nel frattempo, il team dell'Università dello Utah ha sviluppato un sistema che consente al braccio protesico di attingere ai nervi di chi lo indossa, che sono come fili biologici che inviano segnali al braccio per muoversi. Lo fa grazie a un'invenzione dell'ingegneria biomedica dell'Università dello Utah, il professor Richard A. Normann, illustre professore emerito, chiamato Utah Slanted Electrode Array. L'array è un fascio di 100 microelettrodi e fili che vengono impiantati nei nervi dell'amputato nell'avambraccio e collegati a un computer all'esterno del corpo. L'array interpreta i segnali dai nervi del braccio ancora rimanenti, e il computer li traduce in segnali digitali che dicono al braccio di muoversi.

Ma funziona anche in un altro modo. Per eseguire compiti come raccogliere oggetti richiede più del semplice cervello che dice alla mano di muoversi. La mano protesica deve anche imparare a "sentire" l'oggetto per sapere quanta pressione esercitare perché non puoi capirlo solo guardandolo.

Primo, il braccio protesico ha sensori nella mano che inviano segnali ai nervi tramite l'array per imitare la sensazione che la mano prova quando afferra qualcosa. Ma altrettanto importante è come vengono inviati questi segnali. Implica la comprensione di come il tuo cervello affronta le transizioni nelle informazioni quando tocca per la prima volta qualcosa. Al primo contatto con un oggetto, un'esplosione di impulsi risale i nervi fino al cervello e poi si riduce. Ricrearlo è stato un grande passo.

"Solo fornire sensazioni è un grosso problema, ma anche il modo in cui invii tali informazioni è di fondamentale importanza, e se lo rendi biologicamente più realistico, il cervello lo capirà meglio e anche l'esecuzione di questa sensazione sarà migliore, "dice Clark.

Per ottenere ciò, Il team di Clark ha utilizzato calcoli matematici insieme agli impulsi registrati dal braccio di un primate per creare un modello approssimativo di come gli umani ricevono questi diversi modelli di segnale. Quel modello è stato poi implementato nel sistema LUKE Arm.

Ricerca futura

Oltre a creare un prototipo del braccio LUKE con il senso del tatto, l'intero team sta già sviluppando una versione completamente portatile e che non necessita di essere collegata a un computer esterno al corpo. Anziché, tutto sarebbe connesso in modalità wireless, dando a chi lo indossa completa libertà.

Clark afferma che lo Utah Slanted Electrode Array è anche in grado di inviare segnali al cervello per qualcosa di più del semplice senso del tatto, come dolore e temperatura, sebbene la carta si rivolga principalmente al tatto. E mentre il loro lavoro attualmente ha coinvolto solo amputati che hanno perso le estremità sotto il gomito, dove si trovano i muscoli per muovere la mano, Clark afferma che la loro ricerca potrebbe essere applicata anche a coloro che hanno perso le braccia sopra il gomito.

Clark spera che nel 2020 o nel 2021, tre soggetti del test saranno in grado di portare il braccio a casa per usarlo, in attesa di approvazione normativa federale.

La ricerca coinvolge una serie di istituzioni tra cui il Dipartimento di Neurochirurgia dell'U. Dipartimento di Medicina Fisica e Riabilitazione e Dipartimento di Ortopedia, il Dipartimento di biologia e anatomia degli organismi dell'Università di Chicago, il Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Cleveland Clinic, e le società di neurotecnologia dello Utah Ripple Neuro LLC e Blackrock Microsystems. Il progetto è finanziato dalla Defense Advanced Research Projects Agency e dalla National Science Foundation.

"Questo è un incredibile sforzo interdisciplinare, " dice Clark. "Non avremmo potuto farlo senza gli sforzi sostanziali di tutti in quella squadra".