Polpi e robot: come la natura ispira la riabilitazione del futuro

La danza intricata dei tentacoli: un modello per la riabilitazione robotica

Le capacità motorie straordinarie dei polpi continuano a stupire il mondo scientifico, offrendo spunti inaspettati per l’avanzamento della neuroscienza e della robotica riabilitativa. Recenti studi hanno rivelato che i tentacoli di questi cefalopodi non sono semplici appendici, ma veri e propri sistemi neuromotori decentralizzati, capaci di prendere decisioni autonome e coordinare movimenti complessi con una fluidità e una destrezza che sfidano le attuali capacità della robotica. Questa architettura unica, dove ogni tentacolo può operare indipendentemente pur mantenendo una coordinazione con il corpo principale, rappresenta un paradigma affascinante per gli ingegneri che cercano di emulare tale flessibilità e adattabilità in sistemi artificiali.

La biomeccanica del movimento dei tentacoli è particolarmente intrigante. Contrariamente ai sistemi umani che fanno affidamento su articolazioni fisse e a una dinamica basata sui muscoli antagonisti, il funzionamento dei tentacoli dei polpi si basa su meccanismi noti come idrostati muscolari. Questi elementi anatomici presentano la peculiarità che la loro rigidità e forma possono essere modificate attraverso un sofisticato insieme di muscoli longitudinali, trasversali e obliqui. Tale struttura offre ai polpi un’ampia gamma operativa per i loro movimenti: dalla semplice estensione alla flessione intensa fino all’arrotolamento completo o all’afferraggio preciso degli oggetti. Un’osservazione recente ha rivelato come i polpi impieghino deformazioni mirate nel compiere diverse attività; questo dettaglio sottolinea l’efficacia del loro sistema neuromotorio decentralizzato. ^[Nature]

Inoltre, i polpi dimostrano una capacità di apprendimento e adattamento nel loro uso dei tentacoli, come evidenziato in esperimenti in cui discriminano tra diversi oggetti, anche se questi ultimi stimolano le loro ventose. La possibilità per i gangli nervosi dislocati nei tentacoli del polpo di autonomamente processare dati ed attuare reazioni senza dipendere costantemente dal cervello centrale rappresenta un paradigma che suscita l’interesse dei ricercatori intenti a riprodurre tali meccanismi in strumenti come i soft robot, oltre ai dispositivi dedicati alla riabilitazione. Sfruttando l’ammirevole esempio del polpo si prospetta una potenziale metamorfosi nella concezione degli esoscheletri, dando vita a protesi che siano più simili alle loro controparti umane per naturalezza ed efficienza. Pensate ad arti meccatronici capaci non solo di essere elastici anziché rigidi ma anche di interagire fluidamente con oggetti dalle forme disparate; esseri in grado di eseguire movimenti agili paragonabili alla destrezza dei tentacoli stessi. Questo approccio alla robotica fortemente radicato nel bionico bio-ispirato, detiene il potenziale per rimuovere parecchi vincoli presenti nei moderni sistemi tecnologici, assicurando così movimenti più liberi insieme a un’integrazione ottimale delle abilità residue offerte dai pazienti.

La robotica riabilitativa: una nuova era per il recupero funzionale

Il campo della robotica riabilitativa sta vivendo una fase di rapida evoluzione, trasformando radicalmente le prospettive di recupero per pazienti affetti da patologie neurologiche come ictus e lesioni del midollo spinale. L’introduzione di tecnologie avanzate, come gli esoscheletri bionici e i sistemi di riabilitazione robot-assistita, sta permettendo un approccio più intensivo, preciso e personalizzato alla terapia motoria.

Dispositivi come il Lokomat rappresentano l’avanguardia in questo settore. Esso offre terapie di riabilitazione per pazienti con lesioni del midollo spinale, ictus e lesioni cerebrali traumatiche, puntando a migliorare significativamente la qualità della vita. Questi robot assistono i pazienti nel cammino e nel recupero delle funzioni motorie degli arti inferiori, fornendo un supporto al peso corporeo e guidando i movimenti in modo ripetitivo e fisiologicamente corretto. Il vantaggio principale risiede nella capacità di offrire un addestramento intensivo che sarebbe difficile, se non impossibile, da replicare con la sola terapia manuale.

Un altro esempio significativo è l’esoscheletro bionico EksoNR, che ha ricevuto l’autorizzazione dalla FDA negli Stati Uniti per la riabilitazione da ictus e lesioni del midollo spinale. Questo particolare tipo di esoscheletro, straordinariamente innovativo nel suo design funzionale, rende possibile ai soggetti affetti da disabilità motorie riguadagnare autonomamente l’abilità del cammino attraverso un innovativo sistema dinamico. La facoltà non solo d’assumere una posizione eretta ma anche d’eseguire movimenti verticali risulta cruciale anche nei casi dove sia presente una paralisi; tali azioni comportano significativi effetti benefici su piani sia psicologici che fisiologici: i quali ostacolano processualmente l’insorgere dell’atrofia muscolare oltre a favorire le funzionalità circolatorie.

In tema d’intervento sul recupero delle membra superiori: le linee guida internazionali sono fortemente propense a raccomandare l’integrazione della riabilitazione robotica nella terapia dei pazienti provenienti da episodi cerebrovascolari o ictus; inoltre vi sono soluzioni specialmente sviluppate atte alla rieducazione della mano e del braccio che facilitano ripetitività nei movimenti – ciò contribuisce al potenziamento non solo della forza fisica ma altresì dell’agilità neuromotoria. Una menzione spetta senza dubbio a Armeo Power, una piattaforma all’avanguardia dedicata alla neuroriabilitazione utilizzabile in seguito a condizioni come gli esiti post-ictali oppure alterazioni neurologiche: sclerosi multipla (SM), malattia di Parkinson, demenza senile – eccetera – ed eventi traumatici presso il sistema nervoso centrale o periferico.

A livello più ampio dunque è evidente come lo sfruttamento delle tecnologie robotiche nella pratica terapeutica dia origine a metodologie fresche ma valide nella cura rivolte verso individui afflitti da diverse patologie: questi includono incidenti ischemici cerebrali; lesioni dirette al midollo spinale; approntamenti neuronali difettivi – quale però può presentarsi nel caso specifico della poliomielite -, nonché disturbi neurodegenerativi osservabili grazie all’uso consapevole degli stessi dispositivi sopracitati. Il connubio tra stimolazione epidurale e dispositivi robotici si profila come una prospettiva assai incoraggiante per il potenziamento del recupero delle capacità motorie, soprattutto riguardo a coloro che hanno subito lesioni spinali.

Interfacce cervello-macchina (BCI): collegare pensiero e movimento

Le interfacce cervello-macchina (BCI) stanno emergendo come una delle aree più rivoluzionarie nella riabilitazione motoria, offrendo una strada diretta per pazienti con disturbi neurologici severi di interagire con il mondo esterno e recuperare funzionalità perdute. Queste tecnologie permettono una comunicazione diretta tra l’attività cerebrale e dispositivi esterni, come computer o arti robotici, bypassando le vie nervose danneggiate.

La ricerca sulle BCI ha aperto nuove frontiere per la cura di condizioni invalidanti e il sostegno a patologie degenerative. Il concetto di BCI è stato formalmente coniato nel 1973, ma oggi stiamo assistendo a progressi drammatici che consentono ai pazienti di controllare arti artificiali semplicemente pensando al movimento. ^{[Tech4Future]} Questo “pensiero in azione” può indurre il movimento di un esoscheletro o di una protesi, rendendo possibili interazioni moderne tra mente e macchina. Le ultime ricerche riguardanti le interfacce cervello-computer (BCI) mettono in luce non solo le loro potenzialità terapeutiche, ma sottolineano con forza la loro utilità in affezioni croniche quali il Parkinson e l’Alzheimer. Questo approccio accenna al ruolo fondamentale della neuroplasticità nel favorire processi di recupero e adattamento neurale. ^{[The Innovation]}

Le BCI non sono solo un mezzo per recuperare il movimento, ma rappresentano anche un nuovo orizzonte per il potenziamento umano. La capacità di connettere direttamente il cervello con la tecnologia solleva questioni etiche e scientifiche complesse riguardo al futuro dell’interazione uomo-macchina. Progetti come il Grasp Control & BMI Project, finanziato dall’Europa, stanno esplorando come le interfacce neurali possano risolvere i problemi causati dalla perdita di mobilità, sviluppando sistemi per controllare movimenti di presa.

In Italia, centri di eccellenza stanno investendo in queste tecnologie. Ad esempio, il San Raffaele Neurotech Hub, inaugurato nel marzo 2024, si dedica alla ricerca e sviluppo di BMI non invasive come base per molteplici protocolli e terapie di neuroriabilitazione. Questo evidenzia l’impegno crescente nel portare queste innovazioni dalla ricerca di laboratorio alla pratica clinica, offrendo nuove speranze a milioni di persone.

Tra mente e macchina: la riabilitazione del futuro

L’armoniosa interazione tra le recenti scoperte nel campo delle neuroscienze, che si ispirano ai sofisticati meccanismi motori dei polpi, il progresso nel settore della robotica riabilitativa, insieme all’evoluzione delle innovative interfacce cervello-macchina (BCI), sta tracciando una direzione innovativa nel contesto della medicina riabilitativa contemporanea. Siamo testimoni di una vera trasformazione di paradigma, in cui il processo di guarigione e recupero trascende i limiti imposti dalla fisioterapia convenzionale ed è potenziato dall’applicazione dell’intelligenza artificiale abbinata alla robotica avanzata. Tale metodologia integrata non ha l’obiettivo esclusivo di compensare deficit funzionali; essa aspira invece a ristabilire attivamente funzioni neurali e motorie, facilitando così un recupero approfondito ed efficace per coloro che affrontano lesioni neurologiche. A livello cognitivo-comportamentale, la presentazione di strumenti quali esoscheletri e BCI possiede la capacità di produrre effetti significativi sul benessere psicologico del soggetto coinvolto. La percezione del ripristino dei propri movimenti – sebbene mediata da dispositivi meccanici – contribuisce ad amplificare il senso d’auto-efficacia, alimentando al contempo quella motivazione intrinseca fondamentale nei processi terapeutici. Questo è fondamentale nel processo di riabilitazione, spesso lungo e frustrante.

Questo scenario invita a una riflessione personale sulla resilienza umana e sulla capacità di adattamento di fronte a eventi traumatici. La medicina, grazie anche a queste tecnologie, non si limita più a curare il corpo, ma ri-abilita la persona nella sua interezza, riconnettendola con le sue capacità e aspirazioni. Ogni passo di un esoscheletro o ogni piccolo movimento recuperato grazie a una BCI, ispirati magari dalla grazia di un tentacolo di polpo, non è solo un progresso meccanico, ma un triumph della volontà e dell’ingegno umano, che ci ricorda come la nostra mente sia un universo in continua evoluzione, capace di trovare nuove strade anche quando quelle vecchie sembrano perdute per sempre.