Il primo braccio robotico nel suo genere funziona senza impianto cerebrale
I primi esperimenti degli scienziati, utilizzando un'interfaccia non invasiva e ad alta fedeltà per controllare un braccio robotico, hanno avuto successo. In futuro, i ricercatori mirano a perfezionare la tecnologia per renderla più ampiamente disponibile.
I bracci robotici e altri strumenti robotici possono sembrare uno sviluppo futuristico, ma esistono da anni e aiutano chirurghi e ingegneri allo stesso modo.
Meno comuni, tuttavia, sono le braccia robotiche protesiche che consentono alle persone che hanno perso un arto di riacquistare la libertà di movimento.
Un uomo della Florida ha fatto notizia nel 2018 dopo aver ricevuto una protesi modulare, un braccio robotico per sostituire il braccio che ha perso nel 2007 a causa del cancro.
L'uomo può controllare il suo braccio robotico grazie a un "reindirizzamento" di alcune terminazioni nervose, ma finora questa protesi - sviluppata dagli scienziati della Johns Hopkins University di Baltimora, MD - non è disponibile per altre persone che potrebbero anche averne bisogno.
Un altro progetto - dell'Università di Chicago in Illinois - ha testato prototipi di braccia protesiche su scimmie macaco rhesus. Gli animali sono tutti soccorsi con amputazioni di arti dovute a gravi lesioni e sono in grado di controllare i propri arti protesici grazie a speciali impianti cerebrali.
Ora, i ricercatori della Carnegie Mellon University di Pittsburgh, Pennsylvania, e dell'Università del Minnesota di Minneapolis sono riusciti, per la prima volta, a utilizzare un'interfaccia cervello-computer non invasiva per controllare un braccio robotico. Gli scienziati riportano il loro successo in un documento di studio che appare sulla rivista Scienza robotica.
Tecnologia altamente migliorata
Il Prof.Bin He, della Carnegie Mellon, guida il team di ricerca che ha utilizzato un'interfaccia che non richiede un impianto cerebrale - che è una procedura invasiva - per coordinare i movimenti di un braccio robotico.
Il Prof. He e colleghi vogliono sviluppare un metodo ad alta fedeltà e non invasivo per collegare il cervello e protesi flessibili perché l'inserimento di impianti cerebrali richiede non solo abilità chirurgiche e precisione elevate, ma anche molti soldi, poiché gli impianti sono costosi. Inoltre, gli impianti cerebrali comportano una serie di rischi per la salute, inclusa l'infezione.
Tutti questi aspetti hanno contribuito allo scarso numero di persone che ricevono protesi robotiche, quindi gli scienziati della Carnegie Mellon e dell'Università del Minnesota hanno cercato di ribaltare la situazione sviluppando una tecnologia non invasiva.
Eppure ci sono molte sfide nel farlo, in particolare il fatto che le precedenti interfacce cervello-computer non sono in grado di decodificare i segnali neurali dal cervello in modo affidabile, e quindi non possono controllare gli arti robotici senza problemi, in tempo reale.
“Ci sono stati importanti progressi nei dispositivi robotici controllati dalla mente che utilizzano impianti cerebrali. È una scienza eccellente ", osserva il prof. He, commentando i passaggi precedenti verso la ricerca di una tecnologia" affidabile ".
“Ma non invasivo è l'obiettivo finale. I progressi nella decodifica neurale e l'utilità pratica del controllo non invasivo del braccio robotico avranno importanti implicazioni sull'eventuale sviluppo di neurorobotici non invasivi ", aggiunge.
Nel loro progetto attuale, il Prof. He e il team hanno utilizzato tecniche di rilevamento e apprendimento automatico specializzate per "costruire" una "connessione" affidabile tra il cervello e un braccio robotico.
L'interfaccia non invasiva cervello-computer del team ha decodificato con successo i segnali neurali, consentendo a una persona, per la prima volta, di controllare un braccio robotico in tempo reale, istruendolo a seguire continuamente e senza intoppi i movimenti di un cursore su uno schermo.
Il prof. He e colleghi hanno dimostrato che il loro approccio - che includeva una maggiore quantità di formazione degli utenti, nonché un metodo di "traduzione" del segnale neurale migliorato - migliorava l'apprendimento dell'interfaccia cervello-computer di circa il 60%. Ha anche migliorato il tracciamento continuo del cursore del braccio robotico di oltre il 500%.
Finora, i ricercatori hanno testato la loro tecnologia innovativa con la collaborazione di 68 partecipanti normodotati che hanno preso parte a un massimo di 10 sessioni ciascuno. Il successo di queste prove preliminari ha reso gli scienziati fiduciosi che alla fine saranno in grado di portare questa tecnologia alle persone che ne hanno bisogno.
"Nonostante le sfide tecniche che utilizzano segnali non invasivi, siamo pienamente impegnati a portare questa tecnologia sicura ed economica alle persone che possono trarne vantaggio", afferma il Prof. He.
"Questo lavoro rappresenta un passo importante nelle interfacce non invasive cervello-computer, una tecnologia che un giorno potrebbe diventare una tecnologia assistiva pervasiva che aiuta tutti, come gli smartphone".
Prof. Bin He
