Atlas, esoscheletro di ultima generazione

Negli ultimi anni molti ricercatori provenienti da diverse aree hanno focalizzato la loro attenzione e i loro studi su esoscheletri di nuova generazione: gambe bioniche che, pur non sostituendo completamente la sedia a rotelle, consentono ai loro utilizzatori di poter assumere nuovamente la posizione eretta.

Riuscire a far camminare di nuovo chi è costretto su una sedia a rotelle, a causa di traumi o patologie neuro-degenerative, è diventato dei nuovi obiettivi della scienza medica. Progetto Mitofusina 2 segue in modo particolare questo campo di studi e le novità che ne derivano, non solo per l’impatto emotivo che tornare a camminare avrebbe sulla mente dei propri pazienti, che ne godrebbero anche a livello pratico in quanto la qualità della loro vita aumenterebbe notevolmente, ma anche per le sue applicazioni in ambito fisioterapico.

Già in precedenza ci eravamo occupati di robot esoscheletri, parlando prima dell’exosquelette progettato dalla giovane azienda francese Wandercraft e poi del robot Rewalk utilizzato presso il laboratorio di riabilitazione dell’Ospedale Bambin Gesù di Roma.
Oggi vogliamo invece parlarvi di ATLAS, un esoscheletro di ultima generazione progettato in Spagna per supportare ragazzini con un peso fino a 25 kg e testato sui bambini che soffrono di quadriplegia. Lo riteniamo particolarmente interessante perché, per controllare il movimento, non utilizza metodi comuni ad altri esoscheletri, come l’elettromiografia (che potrebbe essere molto controindicata per le persone affette da CMT 2A), ma fa uso di goniometri che individuano l’angolo corretto nelle varie posizioni degli arti. E’ inoltre molto leggero e si pone come obiettivo la massima efficienza energetica (come tutti gli altri esoscheletri funziona ad alimentazione).

Per tutti questi motivi, Progetto Mitofusina 2 lo considera un progetto molto interessante da seguire in tutti i suoi avanzamenti. Ve lo presentiamo:

L’esoscheletro di Atlas rientra nella categoria delle ortesi in quanto concepito per sostenere il portamento. Nella terminologia ortopedica può essere considerato come un THKAFO attivo (Tronco- Anca- Ginocchio- Caviglia- Piede Ortesi). E’ concepito per supportare un paziente con peso massimo di 25 kg e aiutarlo a camminare ad una velocità moderata (1m/s). La particolare patologia dell’utente di Atlas è la quadriplegia; in particolare il paziente tipo è una ragazzina di 8 anni colpita da una paralisi (causata da una lesione al midollo spinale) che non le permette né di muovere le estremità né di controllare il busto per mantenere l’equilibrio, perché i segnali biologici provenienti dalla corteccia cerebrale non arrivano alle estremità. Allo scopo di comandare il movimento, in questo caso quello dell’esoscheletro, gli spagnoli ritengono che i bio-segnali non debbano però essere acquisiti attraverso i metodi tipici usati con gli esoscheletri, come ad esempio l’elettromiogramma.

L’esoscheletro ATLAS è stato pensato molto leggero, facile da usare e consistente in un sistema robotico composto dai seguenti componenti (figura 1).

ATLAS_concept ita
Figura 1

Struttura meccanica. In quanto ortesi pensata per gli arti inferiori, deve essere semplice, leggera, durevole ed esteticamente accettabile. La struttura è attaccata al corpo dell’utente attraverso delle cinture confortevoli. L’esoscheletro deve essere indossato sotto i vestiti, quindi non deve essere voluminoso.
Sistema di comando. Il movimento delle articolazioni è guidato da motori elettrici posizionati su fianchi, ginocchia e caviglie.
Sistema sensoriale. Composto da goniometri posizionati all’altezza di fianchi, ginocchia e caviglie per misurare gli angoli delle articolazioni; da un’unità di misura inerziale (IMU) sul busto; inoltre da un plantare posizionato dentro le scarpe che serve a misurare la pressione di ogni piede.
Controllo dell’andatura. Il sistema di controllo si basa dul National Instruments SingleBoard RIO, con un sistema con un sistema che funziona in tempo reale e il FPGA. Un controller di impedenza è programmato per seguire le traiettorie naturali degli arti, ottenute utilizzando i dati clinici di analisi dell’andatura (CGA), tenendo conto allo stesso tempo delle piccole perturbazioni del piano saggitale. Il controller, i relativi dispositivi elettronici, gli amplificatori sensoriali e le batterie sono piazzate dentro uno zainetto.

Per saperne di più.

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