Sommario
Gli ingegneri della Johns Hopkins University hanno sviluppato una mano protesica innovativa capace di afferrare oggetti con la stessa precisione di una mano umana, adattando la forza della presa in base alla consistenza e alla fragilità degli oggetti. Questa tecnologia, che unisce componenti rigide e morbide in un design ibrido, rappresenta un passo avanti nella robotica e nelle protesi avanzate, offrendo nuove opportunità alle persone con perdita dell’arto superiore.
L’innovazione chiave di questa mano robotica è la sua capacità di simulare il tatto umano, grazie a tre strati di sensori tattili ispirati alla pelle umana e controllati dall’intelligenza artificiale. I risultati della ricerca, pubblicati su Science Advances, dimostrano che questa tecnologia potrebbe rivoluzionare il modo in cui le protesi interagiscono con l’ambiente, migliorando sensibilmente la qualità della vita degli utenti.
Un design ibrido per un controllo naturale
Tradizionalmente, le mani protesiche robotiche hanno presentato due principali limitazioni: o sono troppo rigide, impedendo prese delicate, o sono troppo morbide, risultando inefficaci per oggetti più pesanti o scivolosi. La nuova mano sviluppata dalla Neuroengineering and Biomedical Instrumentations Lab di Johns Hopkins supera queste difficoltà attraverso un design biomimetico, che replica la struttura di ossa, articolazioni morbide e tessuti della mano umana.
Le dita della protesi sono realizzate con polimeri flessibili, mentre una struttura interna rigida stampata in 3D fornisce stabilità. Ogni dito è dotato di sensori avanzati, che consentono alla mano di distinguere diverse superfici e regolare la forza della presa per evitare danni. I segnali elettrici provenienti dai muscoli dell’avambraccio dell’utente vengono elaborati da algoritmi di apprendimento automatico, che traducono gli impulsi in movimenti precisi e naturali.
Un sistema neurale per il senso del tatto
Uno degli aspetti più rivoluzionari della nuova mano bionica di Johns Hopkins è la capacità di simulare il senso del tatto. I sensori presenti nelle dita della protesi non solo rilevano la pressione, ma inviano segnali simili a quelli delle terminazioni nervose della pelle umana.
Il sistema è stato progettato per tradurre questi segnali in impulsi elettrici, che vengono poi inviati ai nervi del paziente tramite stimolazione elettrica diretta. Questo approccio permette alla persona di percepire la consistenza, la temperatura e la forma degli oggetti in modo realistico, avvicinandosi sempre di più all’esperienza sensoriale di una mano naturale.
Il professor Nitish Thakor, direttore della ricerca, ha spiegato che questo sistema neurale riproduce il meccanismo con cui il cervello riconosce la presenza di un oggetto e regola la forza della presa. Se una persona sta tenendo in mano un bicchiere d’acqua, il cervello riceve segnali dalla pelle che avvisano della possibile perdita di presa, regolando la forza per evitare di farlo cadere. La nuova mano bionica applica lo stesso principio, permettendo un controllo intuitivo e una risposta immediata ai cambiamenti dell’ambiente.
Prestazioni e test di laboratorio
Durante i test in laboratorio, la mano bionica ha dimostrato una precisione straordinaria. È stata in grado di afferrare, spostare e rilasciare 15 oggetti di uso quotidiano, tra cui bottiglie d’acqua, spugne da cucina, scatole di cartone e persino oggetti fragili come peluche e bicchieri di plastica sottile.
L’accuratezza nel maneggiare questi oggetti ha raggiunto il 99,69%, superando di gran lunga i risultati ottenuti da altre protesi robotiche. Un esempio eclatante è stato il test con un bicchiere di plastica riempito d’acqua, che la mano ha afferrato con delicatezza utilizzando solo tre dita, senza deformarlo o farlo cadere.
Il futuro delle protesi e della robotica
La nuova mano bionica di Johns Hopkins rappresenta un importante progresso sia per le protesi mediche sia per la robotica avanzata. I ricercatori ritengono che questo sistema ibrido possa essere applicato non solo alle protesi per amputati, ma anche ai robot industriali e domestici, migliorando la loro capacità di manipolare oggetti delicati senza danneggiarli.
Tra gli sviluppi futuri previsti ci sono l’integrazione di sensori più avanzati, una maggiore forza della presa e l’uso di materiali industriali più resistenti. Questi miglioramenti permetteranno alle mani robotiche del futuro di svolgere compiti sempre più complessi, come maneggiare materiali fragili o tessuti morbidi, ampliando il loro utilizzo in settori come la chirurgia robotica e l’assistenza domiciliare.
Una svolta per la qualità della vita
La ricerca della Johns Hopkins University dimostra che le protesi del futuro non si limiteranno a restituire la mobilità, ma saranno in grado di riprodurre fedelmente la sensibilità e il controllo della mano umana. Questa innovazione offre una nuova speranza alle persone con amputazioni, migliorando la loro indipendenza e la qualità della loro vita quotidiana.
