Un giorno la risposta ai problemi di mobilità potrebbe essere facile come indossare un paio di pantaloni? Un gruppo di ricerca guidato dal professor Jonathan Rossiter dell'Università di Bristol ha recentemente presentato un prototipo di pantaloni robotici che sperano possano aiutare alcune persone disabili a camminare senza altra assistenza.
Come ingegnere che ricerca modi per aiutare le persone con lesioni alla colonna vertebrale a spostare di nuovo gli arti, sono profondamente consapevole di come la perdita di mobilità possa influenzare la qualità della vita di una persona e di come il ripristino di tale movimento possa aiutare. Dato il numero impressionante di persone con disabilità (oltre 6, 5 milioni di persone con problemi di mobilità nel solo Regno Unito) e la nostra popolazione che invecchia, i dispositivi che migliorano la mobilità potrebbero aiutare un ampio segmento della popolazione.
Eppure, nonostante 50 anni di ricerca, questo tipo di tecnologia è stata raramente adottata al di fuori del laboratorio. Quindi il nuovo sviluppo di pantaloni robotici è in corso per portare finalmente una tecnologia di mobilità lavorativa in casa?
A differenza del rigido dispositivo robotico del film animato Wallace e Gromit The Wrong Trousers, i nuovi cosiddetti "Right Trousers" usano morbidi muscoli artificiali per creare movimento, oltre a sfruttare i veri muscoli di chi lo indossa. Questi imitano i muscoli umani nel produrre una forza semplicemente diventando più corti e tirando su entrambe le estremità.
Unendo insieme diversi muscoli artificiali, i pantaloni assistivi possono muovere un'articolazione come il ginocchio e aiutare l'utente con movimenti come alzarsi da una sedia. Poiché i muscoli artificiali sono elastici e morbidi, sono più sicuri dei motori tradizionali utilizzati negli esoscheletri robotici rigidi che, sebbene potenti, sono rigidi e scomodi.
I ricercatori hanno avanzato diverse idee su come accorciare i muscoli artificiali e creare movimento. Un design adatta il concetto di muscoli d'aria, che sono effettivamente palloncini che si espandono lateralmente e si accorciano in lunghezza mentre si riempiono di aria.
Un altro progetto proposto utilizza l'elettricità per accorciare un muscolo artificiale costituito da un gel posizionato tra due piastre di rame. Il gel è attratto da aree ad alta tensione elettrica. Quindi la creazione di due diverse tensioni nelle piastre costringe il gel a restringersi attorno a uno di essi, avvicinandoli e accorciando il muscolo.
Un'altra tecnologia integrata nei pantaloni assistivi è la stimolazione elettrica funzionale (FES). Gli elettrodi intrecciati nei pantaloni strategicamente posizionati sopra i muscoli possono inviare impulsi elettrici appositamente progettati nel corpo per dirottare il canale di comunicazione tra cervello e muscoli e comandare direttamente i muscoli a contrarsi. Usando i muscoli esistenti e bypassando il cervello, i pantaloni assistivi possono persino comandare i muscoli che gli indossatori potrebbero avere difficoltà a usare da soli (ad esempio a causa di un ictus).
I pantaloni possono anche aiutare gli utenti che hanno difficoltà a stare in piedi per un certo periodo di tempo grazie alle ginocchiere in plastica appositamente realizzate che si irrigidiscono mentre si raffreddano. Il controllo della temperatura delle parentesi graffe consente al ginocchio di muoversi o bloccarsi in posizione per mantenere la posizione eretta senza molto sforzo necessario da parte dei muscoli (reali o artificiali).
Altre caratteristiche includono una cintura automatica, che utilizza un meccanismo simile ai muscoli dell'aria, per rendere più facile e sicuro indossare e togliere i pantaloni.
I ricercatori suggeriscono di creare un sistema elettronico incorporato che riceva informazioni sul movimento e sullo stato di chi lo indossa dai sensori incorporati nei pantaloni e controlli tutti i sistemi per adattare i movimenti alle esigenze dell'utente. L'elettronica consentirebbe agli utenti di controllare i propri movimenti tramite controlli direttamente intrecciati sui pantaloni. La sfida sarà quella di cronometrare il movimento dei muscoli artificiali e la stimolazione elettrica dei muscoli reali in risposta alla postura dell'utente.
Sfide rimanenti
I pantaloni giusti sono unici nel loro approccio alla fusione di ricerca all'avanguardia e tecniche consolidate in un unico prototipo. A parte la novità dei pantaloni robotici, ciò che rende il dispositivo così avvincente come una pratica tecnologia assistiva è il fatto che può essere adattato a molti utenti diversi. Ciò solleva la speranza che possa essere ampiamente adottato laddove altre precedenti iniziative hanno fallito.
Tuttavia, questo è solo il prototipo. Un prodotto funzionante è probabilmente a distanza di almeno cinque anni e per raggiungere quella fase è necessario rispondere a domande importanti. Dove immagazzinerà tutto il potere di cui ha bisogno? Come possono tutti i sistemi essere miniaturizzati e incorporati nei pantaloni in modo che non diventino ingombranti e scomodi da indossare? Il controller può prevedere l'azione migliore da intraprendere nella complessità in continua evoluzione degli ambienti reali in cui gli utenti cammineranno?
Tuttavia, altre tecnologie hanno il potenziale per migliorare ulteriormente i pantaloni. Le interfacce cervello-computer in grado di decodificare i segnali cerebrali vengono ora utilizzate in sistemi che aiutano le persone paralizzate a muoversi di nuovo. Controllare i pantaloni assistivi con il pensiero potrebbe rendere di nuovo un passo senza sforzo per molte persone.
Questo articolo è stato originariamente pubblicato su The Conversation.
Ioannis Dimitrios Zoulias, ricercatore post dottorato in ingegneria biomedica, Università di Reading
