Nel corso dell'esperimento, una cintura applicata sul petto monitorava i movimenti del diaframma, consentendo ai partecipanti di controllare con il respiro i movimenti del braccio robotico. Credit: Alain Herzog/EPFL.
Un gruppo di ricercatori ha sviluppato un braccio robotico che può essere controllato utilizzando lo sguardo e il movimento del diaframma durante la respirazione. Il braccio, progettato per essere utilizzato in aggiunta a quelli naturali piuttosto che in sostituzione di essi, si è dimostrato facile da imparare a usare e può essere utilizzato mentre si svolgono altre attività1.
L'idea dei ricercatori è che il braccio robotico supplementare possa migliorare le capacità di individui sani, e che essi potrebbero essere utilizzati per aiutare lavoratori o persone anziane o forse per fornire ai chirurghi una mano in più. Ma il controllo di un braccio aggiuntivo non può basarsi sulle strategie sviluppate per le persone prive di arti, come l'uso dei nervi residui nel braccio di un amputato per controllare la protesi.
"Abbiamo dovuto affrontare quello che chiamiamo il problema dell'allocazione neurale, che consiste nel trovare il modo di incanalare i comandi motori e le informazioni sensoriali da e verso il dispositivo senza ostacolare il controllo degli arti biologici", spiega Silvestro Micera, che dirige un laboratorio di biorobotica alla Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa e al Politecnico Federale di Losanna.
Nel lavoro pubblicato su Science Robotics, il gruppo ha testato il sistema di controllo in un ambiente virtuale. I partecipanti indossavano cuffie per la realtà virtuale che tracciavano lo sguardo per orientare un terzo braccio virtuale, che sembrava emergere dal centro del petto e aveva due pollici per evitare di essere associato alla mano destra o sinistra. Una cintura toracica monitorava i movimenti del diaframma, in modo che i partecipanti potessero usare il modo di respirare per controllare l'allungamento del braccio. Durante l'esecuzione di un semplice compito che consisteva nell'allungare la mano per toccare un oggetto virtuale, i partecipanti hanno raggiunto un tasso di successo di circa il 60%, utilizzando il braccio virtuale sia da solo che in combinazione con le proprie braccia. Quando i ricercatori hanno chiesto ai partecipanti di eseguire il compito contando ad alta voce o individuando indizi visivi nella loro vista periferica, non c'è stata una diminuzione significativa del tasso di successo.
I ricercatori hanno poi sviluppato una versione fisica semplificata del braccio, in grado di ruotare su un piano e di allungarsi, con un peso inferiore ai due chilogrammi. "Non abbiamo integrato alcun feedback sensoriale nel test fisico, poiché abbiamo imparato nell'ambiente virtuale che questo non aiutava a eseguire il compito", spiega Micera. I partecipanti che avevano precedentemente imparato a usare il braccio virtuale aggiuntivo hanno avuto un tasso di successo di circa il 90%, mentre i partecipanti che non lo avevano già usatosi sono avvicinati al 70% di successo. Il team sta ora lavorando a una versione più complessa del braccio robotico, che sia in grado di esercitare una maggiore pressione e di muoversi in tre dimensioni.
