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Unite dalla mano robotica Hannes: Chiara Storchi, software engineer e ricercatrice presso l’Istituto Italiano di Tecnologia, e Isabella Chantre, artista e tester del dispositivo

Nell’ambito della ricerca e dello sviluppo tecnologico per la riabilitazione, l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova rappresenta un faro di innovazione e speranza. È qui che sono nati dispositivi all’avanguardia come la protesi Hannes, dedicata al rinomato ortopedico austriaco Johannes “Hannes” Schmidl, e numerosi esoscheletri per il recupero motorio. Schmidl ha avviato l’attività di ricerca al Centro Protesi di Vigorso di Budrio e ha realizzato la prima protesi mioelettrica applicata a un amputato di avambraccio nel 1965.

In Aleph, da oltre trent’anni, realizziamo laboratori nei quali le ricercatrici e i ricercatori amino lavorare per rendere il mondo un posto migliore. E quello che vi raccontiamo oggi è un progetto davvero speciale!

Il Cuore della Ricerca: Il Laboratorio Rehab Technologies Lab

«Benvenuti in Rehab, dove in collaborazione con INAIL sviluppiamo protesi ed esoscheletri riabilitativi!», ci accoglie Chiara Storchi, software engineer e ricercatrice.

La missione di questo laboratorio è chiara: attraverso la tecnologia, fornire un aiuto concreto alle persone nella loro vita quotidiana.

Una delle aree chiave del laboratorio è la Vicon Room, utilizzata per l’analisi del movimento. «Queste sul soffitto sono le telecamere fisse del Vicon,» spiega Chiara, «e al centro della stanza c’è il treadmill che utilizziamo per studiare la camminata del paziente con la protesi di ginocchio e caviglia o con l’esoscheletro di arto inferiore.»

L’obiettivo è analizzare e ottimizzare i movimenti dei pazienti, garantendo che i dispositivi siano ergonomicamente soddisfacenti e minimizzino movimenti compensatori eccessivi.
La regola numero uno è quella di soddisfare il paziente!

Esoscheletro Twin.

Esoscheletri: Float e Twin

Nel vasto open-space del laboratorio, abbiamo potuto osservare lo sviluppo di esoscheletri di grandi dimensioni come Float e Twin che necessitano di più spazio rispetto alle protesi di mano e di gamba.

I dispositivi sono stati tutti creati da zero e ciò ha richiesto un complesso lavoro di co-engineering tra ingegneri meccanici, elettronici, softwaristi e biomedici e, soprattutto, un continuo processo di co-design con i pazienti. Questo discorso vale sia per gli esoscheletri che per le protesi.

«Float è l’esoscheletro di arto superiore per la riabilitazione della spalla,» spiega Chiara, «e permette di migliorare l’efficacia del processo riabilitativo fornendo dati analitici sugli esercizi eseguiti.»

Il paziente viene vincolato alla struttura attraverso dei brace magnetici regolabili, e può eseguire movimenti riabilitativi di spalla e gomito (anche complessi) con livelli di assistenza variabili. Gli esercizi riabilitativi sono programmabili dal terapista attraverso un pannello interattivo.

Float permette anche la riabilitazione attraverso esercizi di terapia occupazionale, per recuperare le funzionalità dell’arto superiore in esercizi simili alle attività della vita quotidiana.

Gli esercizi non sono più rigidamente imposti dalla macchina: il paziente può muoversi liberamente mentre il braccio meccanico compensa frizione e forza di gravità.

Twin, invece, è un esoscheletro di arto inferiore destinato a pazienti paraplegici. Presentato lo scorso febbraio al Museo Nazionale della Scienza e Tecnologia di Milano, Twin sostiene il paziente e assiste nella camminata con livelli di supporto variabili. «L’assistenza può essere totale, per paraplegici completi (la posizione eretta è benefica per apparato circolatorio, intestinale, vescicale), o può essere personalizzata e diversificata tra gamba destra e sinistra nel caso di paraplegici incompleti, per recuperare la camminata nel tempo,» aggiunge Chiara.

L’obiettivo è quello di migliorare la qualità della vita dei pazienti, consentendo loro di recuperare la mobilità e l’indipendenza in modo sicuro e graduale.

Protesi Hannes

Protesi di Ultima Generazione: Hannes e Omnia

Hannes è una protesi di derivazione robotica per l’arto superiore, a controllo mioelettrico. «La mano si definisce mioelettrica perché l’apertura e la chiusura si controllano (molto facilmente) con le contrazioni muscolari del moncone, individuate da sensori mioelettrici posizionati dentro l’invaso, che è la parte della protesi a contatto con il moncone realizzata dal centro protesi di Budrio», spiega Chiara.

Questo sistema, grazie a un meccanismo differenziale, permette alle dita di adattarsi alla forma degli oggetti da afferrare, conferendo una presa naturale e antropomorfa.

Chiara: «È possibile anche controllare la velocità di apertura e chiusura variando l’intensità della contrazione muscolare.

Il movimento delle dita è controllato da un motore solo (non possono quindi muoversi indipendentemente l’una dall’altra) ma riescono ad adattarsi all’oggetto in presa grazie al meccanismo differenziale di fili e carrelli, dandole una parvenza molto antropomorfa e naturale.

L’aspetto esteriore può invece cambiare in base a come la si “guanta” (il guanto è necessario contro acqua e polvere). La mia e la mano di Isabella hanno guanti trasparenti, ma esiste anche un guanto color carne e iperrealistico. Anche questa scelta dipende da chi la indossa: se l’estetica è un elemento fondamentale per il paziente, solitamente si preferisce un guanto realistico mentre a volte (come nel mio caso) si può preferire un guanto trasparente che lasci vedere la meccanica sottostante. Dipende un po’ dalla sensibilità di ognuno.»

Fig. Sistema Hannes. È composto da tre componenti principali: una mano protesica mioelettrica poli-articolata, un modulo passivo per la flesso-estensione del polso, e un’interfaccia/controllore mioelettrico. (A) Architettura: Il motore DC e la scheda di controllo del motore sono integrati all’interno della mano mioelettrica, mentre l’interfaccia/controllore mioelettrico basato su sEMG è alloggiato all’interno della presa. Il polso per la flesso-estensione è posizionato tra questi due moduli. (B) Vista della mano Hannes senza guanto. (C a G) Dispositivo con guanto che esegue attività della vita quotidiana (ADL): (C) una presa di precisione di una penna, (D) una presa laterale di un biglietto da visita, (E) una presa di potenza di un oggetto conforme, (F) una presa laterale di un pennarello, e (G) una presa di potenza di uno strumento. Credits: Science Robotics.

Parallelamente, il team ha sviluppato Omnia, una protesi modulare per l’arto inferiore che combina ginocchio e caviglia motorizzati. «La protesi è personalizzabile in base alla tipologia di paziente e può essere configurata in diverse modalità a seconda del livello di amputazione,» aggiunge Chiara. I motori interni forniscono potenza nelle fasi di camminata più impegnative, come l’alzata dalla sedia o la salita, funzionando invece come freno quando necessario.

La storia di Chiara e Isabella

Chiara Storchi ci ha accolto nella sala Demo del laboratorio Rehab Technologies, circondata dalle innovative protesi sviluppate dal suo team. Chiara, indossando Hannes, ci ha raccontato del suo percorso e della sua passione per la tecnologia, ha condiviso con noi il suo background e il suo impegno nel campo della riabilitazione. «Sono un ingegnere meccatronico e lavoro all’Istituto Italiano di Tecnologia. Mi occupo dello sviluppo software di mani robotiche, in particolare di Hannes, che è quella che indosso. Di giorno programmo e di sera gioco a pallacanestro,» ha spiegato con entusiasmo.

Chiara ha condiviso un prezioso consiglio che darebbe alla se stessa bambina: «La cosa che assolutamente consiglierei è di accettarsi. Da lì puoi costruire mattoncini e sperimentare. Una volta accettata la cosa, si può anche finire a lavorare in un posto dove la disabilità effettivamente c’entra.» Ha sottolineato l’importanza dell’accettazione di sé come punto di partenza per ogni progresso personale e professionale. Ha aggiunto: «Essere capaci di guardare alla disabilità come una parte di noi e non come un limite, ma piuttosto come una spinta per superare le barriere, è fondamentale.»

In quanto al suo percorso di studi e la sua passione per la ricerca, Chiara ci ha raccontato: «Ho sempre avuto una forte passione per la biologia e la tecnologia. Ho conseguito la laurea in Ingegneria Biomedica e poi un dottorato in Neuroscienze. Questo percorso mi ha permesso di combinare le mie passioni e lavorare in un campo che ha un impatto diretto sulla vita delle persone.»

Quando le abbiamo domandato se avesse un messaggio per le giovani ragazze interessate alle discipline STEM (Scienza, Tecnologia, Ingegneria e Matematica), Chiara ha risposto con entusiasmo: «Non lasciatevi scoraggiare dai pregiudizi o dagli stereotipi! La scienza e la tecnologia sono campi affascinanti e pieni di opportunità. Se avete una passione, seguitela con determinazione.»

Isabella Chantre, 52 anni, ha raccontato come Hannes abbia trasformato la sua vita. «Ho incontrato Hannes, e mi ha svoltato la vita a 360 gradi!», ha dichiarato. È venuta a conoscenza del lavoro di Chiara e di Hannes in modo del tutto fortuito. «Ho visto una storia su Instagram della mia amica giornalista scientifica Roberta Villa,» racconta. «Era un video che inquadrava Chiara Storchi mentre stringeva un bicchiere di carta con Hannes. Sono rimasta folgorata dal video e ho chiesto subito di entrare in contatto con questa ragazza di cui ancora non sapevo il nome. Ho avuto infine il nome di Chiara che mi ha gentilmente e subito invitato all’Istituto Italiano di Tecnologia.»

Isabella ha sempre affrontato le sfide della sua disabilità con coraggio, ma l’incontro con la protesi robotica le ha dato una nuova prospettiva. «Hannes ha portato tantissimi plus nella mia vita,» ha detto. «Poter fare tutte quelle piccolissime cose, nella quotidianità, che mi mancavano e che le persone dotate di due mani danno per scontate.»

L’aspetto estetico di Hannes ha giocato un ruolo cruciale nel rafforzare l’autostima di Isabella. «Quando è arrivata Hannes, mi sono trovata ad avere un’acquisizione di autostima e fiducia in me stessa,» ha spiegato. «Non avevo più vergogna e paura di girare per strada mostrandola. Prima mi sentivo osservata, ora invece mi sento ammirata per il coraggio e la determinazione di affrontare la vita con un dispositivo così avanzato.»

Isabella ha anche sottolineato l’importanza di sperimentare con le protesi robotiche e di non avere paura di avvicinarsi alla tecnologia.

«Suggerisco di provare ad avvicinarsi alla tecnologia, anche se sembra qualcosa di un pochino lontano da noi,» ha consigliato. «Indossare una protesi di cui si va orgogliosi potrebbe aiutare tantissimo a reinserirti nella società senza timori, senza paure, senza differenze.» Ha aggiunto che il supporto emotivo e psicologico offerto dal team dell’IIT è stato fondamentale per il suo percorso di adattamento.

Il Futuro della Riabilitazione

L’innovazione non si ferma qui. Chiara spiega che stanno lavorando su dispositivi per amputazioni più prossimali, come quelle che coinvolgono il gomito e la spalla, con controllo elettromiografico. «Inoltre, stiamo esplorando soluzioni per restituire feedback sensoriali ai pazienti, come il tatto o la sensazione di caldo e freddo,» ha aggiunto Chiara.

«Vogliamo che le protesi non solo sostituiscano la funzione meccanica degli arti mancanti, ma anche che restituiscano una parte delle sensazioni perdute, migliorando ulteriormente l’integrazione del dispositivo nella vita quotidiana dei pazienti.»

La visita all’Istituto Italiano di Tecnologia ci ha rivelato un mondo di avanguardia tecnologica dedicata a migliorare la qualità della vita dei pazienti.

Grazie all’impegno di ricercatrici e ricercatori come Chiara Storchi e all’esperienza diretta di tester come Isabella Chantre, il futuro della riabilitazione appare promettente, con soluzioni sempre più personalizzate ed efficaci per ogni tipo di esigenza.

I progressi nel campo della protesica e degli esoscheletri rappresentano una speranza concreta per migliaia di persone che affrontano le sfide della disabilità ogni giorno. L’innovazione tecnologica, unita alla passione e dedizione dei ricercatori e utenti, sta aprendo nuove strade verso un’autonomia ritrovata e una qualità della vita migliorata. La collaborazione tra scienza, tecnologia e umanità dimostra che il futuro della riabilitazione è luminoso, con soluzioni sempre più avanzate e accessibili per tutti coloro che ne hanno bisogno.

Creare scienza è meraviglioso e permette di trovare nuove modalità per restituire indipendenza e dignità alle persone, trasformando la tecnologia in speranza e cambiamento reale.

Chiara DeMarchi
Chiara De Marchi è laureata in Scienze Biologiche, scientific content creator, fotografa e fondatrice di Invisible Body Disabilites, progetto che dà voce a chi vive con disabilità invisibili. Appassionata di stelle e arte, mamma di tre bimbi, ha una sorta di ossessione, una eccessiva -filia verso tutto ciò che riguarda la scienza e l’infilare l’occhio dentro un oculare di un microscopio, telescopio o macchina fotografica che sia. Infatti divulga la scienza astronomica presso l'Osservatorio Astronomico G. Beltrame di Arcugnano e quando non è in cupola, parla la scienza attraverso laboratori STEM nelle scuole primarie e secondarie.

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