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RICERCA E CLINICA 43
cognitiva di controllo in grado di decodificare le intenzioni di moto del paziente utilizzando un algoritmo di fusione dei segnali provenienti da vari sistemi di sensori e di tradurre l’infor- mazione in comandi coerenti per gli effettori; 2) lo sviluppo di una interfaccia uomo-robot bidirezionale in grado di fornire al paziente un sistema di feed-back per aiutarlo a recuperare un pattern di cammino più fisiologico e meno impegnativo sul piano cognitivo; 3) lo sviluppo di algoritmi in grado di riconoscere una cadu- ta imminente e di implementare i controlli in grado di prevenirla.
Risultati
Nel corso dei tre anni del progetto si è svol- ta la fase di sviluppo e di sperimentazione pre- clinica di un nuovo set di tecnologie robotiche indossabili per il recupero della deambulazione nei pazienti con amputazione trans-femorale. I test sui pazienti sono stati effettuati in un laboratorio dedicato (MARe Lab, Movement Assistance in Rehabilitation) situato presso il Centro Don Gnocchi di Firenze.
È stata messa a punto una nuova ortesi pelvica attiva che fornisce assistenza alla flesso-estensione di entrambe le anche. L’or- tesi è alimentata da una batteria che consente un’autonomia di circa 3 ore, è agevole da in- dossare ed è anche ergonomica perché segue la naturale biomeccanica dell’anca in modo che gli assi di rotazione dell’anca e dell’orte- si siano sempre allineati. Grazie all’utilizzo di strategie di controllo bio-ispirate, basate sui c.d. primitivi di moto e sull’uso di attuatori complianti, il dispositivo non ostacola in nes- sun modo i movimenti che il paziente vuole effettuare e, quando necessario, è in grado di fornire un’assistenza dolce e naturale. Uti- lizzando la tecnica della calorimetria indiret- ta è stato dimostrato per la prima volta che questa extra spinta fornita ad ogni passo sia sull’arto protesico che su quello “sano” ridu- ce il consumo di ossigeno, e quindi lo sforzo
energetico richiesto per camminare. Nel corso del progetto è stata anche messa a punto una nuova protesi trans-femorale attiva che utilizza elementi elastici passivi posti in serie ad attuatori elettromagnetici. I motori forni- scono energia durante la fase di appoggio, aiutando la propulsione, mentre gli elementi elastici passivi assorbono l’impatto con il ter- reno durante la fase di accettazione del carico. Inoltre, i motori forniscono assistenza anche nel passaggio dalla posizione seduta a quella eretta e viceversa. L’interfaccia con la protesi è ottenuta attraverso una sistema di sensori indossabili, costituita da scarpe equipaggiate con sensori di pressione e da una rete di set- te sensori inerziali, solidali con i sei principali segmenti anatomici degli arti inferiori e con il tronco. Questi sensori forniscono informa- zioni all’unità cognitiva di controllo che può, quindi, riconoscere le intenzioni motorie del paziente e tradurle in comandi per gli attuatori della protesi. Anche in questo caso, i risulta- ti dei test effettuati hanno provato l’efficacia di questa rete di sensori indossabili come in- terfaccia uomo-macchina non invasiva per comandare una protesi d’arto inferiore robo- tizzata. Nel corso del progetto è stata anche sviluppata un’interfaccia bi-direzionale con la protesi utilizzando un sistema di vibrato- ri miniaturizzati indossabili attraverso i quali il paziente riceve afferenze “propriocettive” dalla protesi sulle quali può regolare il ritmo del cammino che è spesso grossolanamente asimmetrico. Infine, utilizzando un’apposita piattaforma (SENLY) in grado di indurre per- turbazioni dell’equilibrio in tutte le direzioni durante il cammino, è stata messa a punto una strategia per il controllo del rischio di caduta. Il riconoscimento della caduta immi- nente è basato su un algoritmo adattativo che analizza le differenze fra l’escursione angola- re stimata dell’anca e quella effettiva, rilevata dall’ortesi pelvica. Lo stesso algoritmo forni- sce anche all’ortesi pelvica i necessari comandi
Toscana Medica 2|2016