Sommario
I ricercatori del Max Planck Institute for Intelligent Systems (MPI-IS), in collaborazione con l’Università di Tübingen e l’Università di Stoccarda, hanno sviluppato una tecnologia innovativa basata su muscoli artificiali HASEL per contrastare il tremore involontario nei pazienti affetti da disturbi neurologici come il morbo di Parkinson.
Questo progetto si distingue per l’utilizzo di un approccio interdisciplinare, che unisce robotica morbida, simulazioni biomeccaniche e test su un paziente meccanico, con l’obiettivo di creare dispositivi indossabili di nuova generazione. L’intento è fornire un supporto efficace e discreto per milioni di persone nel mondo che convivono con limitazioni motorie causate dal tremore.
L’impatto del tremore neurologico e le sfide delle attuali soluzioni
Il tremore involontario rappresenta una delle manifestazioni più invalidanti dei disturbi neurologici, compromettendo la capacità di eseguire gesti essenziali come afferrare oggetti, scrivere, versare un liquido o semplicemente tenere stabile una mano. Le attuali soluzioni terapeutiche, tra cui farmaci, interventi chirurgici e dispositivi meccanici, spesso risultano poco efficaci, invasive o inadatte per un utilizzo quotidiano.
Gli esoscheletri robotici, pur offrendo una potenziale soluzione, sono ingombranti, poco adattabili e limitano la libertà di movimento naturale. I muscoli artificiali HASEL, sviluppati in questo progetto, mirano a superare questi limiti grazie alla loro flessibilità, velocità di risposta e capacità di adattamento ai movimenti del paziente.
Tecnologia HASEL e il principio di funzionamento
Gli attuatori HASEL sfruttano principi elettroidraulici, permettendo di generare forze controllate che compensano il tremore senza interferire con i movimenti volontari del paziente. La capacità di contrarsi e rilassarsi rapidamente, unita a un sistema di controllo intelligente, consente una soppressione del tremore personalizzata e reattiva.
I ricercatori hanno adottato un approccio sperimentale basato su tre elementi chiave. Un paziente meccanico in grado di riprodurre con precisione il tremore registrato da pazienti reali, permettendo di testare e ottimizzare gli attuatori prima dell’applicazione clinica. Un modello di simulazione biomeccanica che consente di prevedere il comportamento del dispositivo su diversi tipi di tremore. Un sistema di muscoli artificiali attivabili elettricamente, capaci di adattarsi alla gravità del tremore e di fornire un supporto dinamico senza richiedere intervento attivo da parte del paziente.
Dall’innovazione alla realizzazione di un dispositivo indossabile
L’obiettivo finale della ricerca è lo sviluppo di un dispositivo indossabile leggero e discreto, che possa essere utilizzato quotidianamente senza limitare le normali attività del paziente. Il design prevede l’integrazione dei muscoli artificiali in fasce o guanti elastici, in modo da fornire un supporto costante senza risultare invasivo.
Il sistema sarà progettato per adattarsi a ogni paziente, regolando automaticamente l’intensità della compensazione in base alla gravità del tremore. La possibilità di un uso prolungato senza la necessità di continue ricariche rappresenta un altro aspetto chiave per garantire la praticità del dispositivo.
Come affermato da Alona Shagan Shomron, prima autrice dello studio, i muscoli artificiali HASEL sono abbastanza veloci e potenti per contrastare una vasta gamma di tremori, dimostrando una notevole versatilità per un’applicazione pratica.
L’importanza del paziente meccanico nello sviluppo del dispositivo
Uno degli aspetti più innovativi del progetto è l’utilizzo del paziente meccanico, una piattaforma robotica che permette di testare l’efficacia degli attuatori in condizioni simulate prima di applicarli ai pazienti. L’impiego di questa tecnologia consente di ridurre i tempi di sviluppo e i costi associati ai test clinici, garantendo al contempo una maggiore precisione nei risultati.
Secondo Syn Schmitt, docente presso l’Università di Stoccarda, molte tecnologie innovative nel campo della robotica medica vengono abbandonate prima di raggiungere la sperimentazione clinica a causa degli alti costi e della complessità delle prove su pazienti reali. L’adozione di sistemi di simulazione avanzati, come il paziente meccanico, rappresenta quindi una soluzione strategica per accelerare il processo di sviluppo e migliorare l’efficacia delle nuove tecnologie assistive.
Prospettive future della robotica morbida nella medicina
L’integrazione tra robotica morbida e biomeccanica avanzata sta aprendo nuove prospettive nel settore medico. Il progetto del Max Planck Institute rappresenta un esempio concreto di come l’innovazione nei materiali e nelle tecnologie di attuazione possa tradursi in soluzioni pratiche per migliorare la qualità della vita di milioni di persone.
I prossimi passi prevedono l’ottimizzazione delle dimensioni e dell’efficienza energetica degli attuatori, affinché possano essere implementati in dispositivi leggeri e facilmente indossabili. L’integrazione con intelligenza artificiale e sensori di movimento potrebbe migliorare ulteriormente la capacità di adattamento del sistema, rendendolo in grado di regolare autonomamente la forza applicata in base all’intensità del tremore in tempo reale.
Come evidenziato dal professor Christoph Keplinger, direttore del dipartimento di Robotic Materials al MPI-IS, l’utilizzo di materiali flessibili e attuatori basati su fluidi rappresenta una delle direzioni più promettenti per la robotica medica, con applicazioni che potrebbero estendersi oltre la soppressione del tremore, fino al supporto motorio per pazienti con lesioni neurologiche o disabilità muscolari.
Il progetto del Max Planck Institute e delle università partner rappresenta una svolta significativa nella ricerca sulla soppressione del tremore neurologico. La combinazione di muscoli artificiali HASEL, simulazioni biomeccaniche e test su un paziente meccanico ha dimostrato la fattibilità di un dispositivo indossabile in grado di migliorare l’autonomia e la qualità della vita dei pazienti affetti da tremori patologici.
Se implementata su larga scala, questa tecnologia potrebbe rivoluzionare il settore della robotica medica, fornendo una soluzione non invasiva, efficace e personalizzabile per milioni di persone nel mondo.
