Tecnologia cyberprotesica e potenziamento umano

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Il CYBATHLON 2020, evento in cui le persone disabilità svolgono compiti quotidiani un tempo impossibili con tecnologie all’avanguardia, non è una semplice competizione internazionale. Gli organizzatori del Politecnico federale di Zurigo (PFZ) lo hanno concepito come una piattaforma per lo sviluppo di tecnologie assistive, a sostegno di una vita più piena per le persone con disabilità.

L’evento di quest’anno si è svolto a metà novembre e Kaspersky era presente come partner del Team Russia.

Cos’è il CYBATHLON?

Il CYBATHLON comprende gare in sei discipline: protesi per braccio potenziato (Powered Arm Prosthesis – ARM), protesi per gamba potenziata (Powered Leg Prosthesis – LEG), esoscheletro potenziato (Powered Exoskeleton – EXO), sedia a rotelle potenziata (Powered Wheelchair – WHL), bicicletta a stimolazione elettrica funzionale (Functional Electrical Stimulation – FES) e interfaccia cervello-computer (Brain–Computer Interface – BCI).

I partecipanti non solo competono per l’oro, ma dimostrano anche le capacità dei più recenti dispositivi ausiliari. Ad esempio, utilizzando protesi per il braccio all’avanguardia, chi le indossa è in grado di avvitare delle lampadine o di sentire cosa c’è all’interno di una scatola, e grazie alle più moderne sedie a rotelle, chi le utilizza può anche salire le scale. Inoltre, l’evento motiva gli sviluppatori a migliorare i prodotti: allo stesso tempo, la competizione è una gara per gli atleti e una dimostrazione per le squadre che sviluppano le tecnologie.

In questo post parleremo proprio delle tecnologie, passate, presenti e future.

Da una gamba di bronzo a un cyber-arto con neurointerfaccia

L’uso delle protesi risale a molto tempo fa. Il primo riferimento noto a un arto artificiale si trova nella Rigveda, un’antica collezione indiana di inni in sanscrito risalente al secondo millennio a.C., in cui gli dèi danno alla leggendaria guerriera Vishpala una gamba di ferro dopo la perdita dell’arto in battaglia. Le protesi archeologiche risalgono all’incirca a quella data: ad esempio, in Egitto è stato scoperto un dito del piede di legno risalente a circa 3.000 anni fa, e una gamba di bronzo trovata a Capua, nel nostro paese, ha la bellezza di 2.300 anni circa.

Sebbene le loro antiche origini, gli arti artificiali sono rimasti praticamente immutati per millenni. Poi, nel XVI secolo, gli scienziati hanno costruito la prima protesi meccanica, con articolazioni a cerniera e chi la indossava poteva controllarle usando un altro arto o contraendo i muscoli vicini.

Il periodo successivo alla Seconda Guerra Mondiale ha visto la comparsa di un altro tipo di protesi: quella bioelettrica (detta anche mioelettrica o bionica). Le protesi bioelettriche convertono l’attività muscolare dell’arto residuo in segnali elettrici, che a loro volta impulsano il movimento del dispositivo.

Ora, nel ventunesimo secolo, gli scienziati sono pronti a un ulteriore grande passo, sviluppando protesi neurobioniche che permettono a chi le indossa non solo di eseguire determinati movimenti, ma anche di riconoscere gli oggetti al tatto. La tecnologia è ancora recente e c’è ancora molta strada da fare prima di ricreare completamente il senso del tatto, ma è la strada giusta per raggiungere questo obiettivo.

Le protesi di oggi

Le nuove tecnologie non sostituiscono quelle esistenti, si integrano a esse: diversi dispositivi protesici sono già in uso, compresi alcuni che esistono per scopi puramente estetici. Ogni tipologia ha un proprio campo di applicazione.

Le protesi meccaniche sono più economiche, più facili da utilizzare e durano di più rispetto alle bioniche. Sono più adatte, ad esempio, per il sollevamento pesi e le attività in acqua, o quando non c’è possibilità di alimentazione elettrica. Dall’altro lato, però, le protesi bioniche e neurobioniche sono più comode da indossare e consentono una gamma più ampia di movimenti (per esempio, le cyber-gambe aiutano chi le indossa a mantenere l’equilibrio, a salire e scendere le scale, a camminare all’indietro e persino a correre).

Protesi specializzate

Al giorno d’oggi esistono protesi altamente specializzate, da utilizzare in determinate condizioni o per un particolare lavoro. Ad esempio, ora è possibile trovare in commercio arti artificiali per attività acquatiche, basket, jogging e altri sport.

La stampa 3D ha contribuito anche allo sviluppo degli arti artificiali, rendendoli più economici e più personalizzabili che mai. In alcuni casi, è possibile scaricare un modello online e adattarlo alle proprie esigenze prima di stamparlo.

Gadget protesici

Un’altra tendenza moderna combina i cyber-arti con le tecnologie digitali. Ad esempio, il produttore russo Motorica ha incorporato quest’anno un Galaxy Watch a un braccio con protesi. In questo modo, l’utente può monitorare la propria attività e controllare le impostazioni del braccio, come ad esempio, il livello di stretta della mano o delle dita.

Sedie a rotelle a tutto terreno

Le sedie a rotelle sono un grande aiuto per molte persone da oltre un millennio ormai: le prime testimonianze risalgono al VI secolo. e, fino alla metà del XVII secolo, erano letteralmente sedie con delle ruote, che richiedevano un servo o un assistente per essere manovrate.

La prima sedia a rotelle manuale risale al 1655 e il primo modello pieghevole è stato sviluppato negli Stati Uniti all’inizio del XX secolo.

Oggi, oltre alle sedie a rotelle tradizionali, ci sono modelli dotati di motori elettrici, di binari per salire e scendere le scale e persino di neurointerfacce per persone che non riescono a muovere le braccia.

Elettrostimolazione ed esoscheletri

Gli scienziati stanno anche sviluppando dispositivi che permettono alle persone paralizzate di stare in piedi (per inciso, gli antichi Egizi praticavano l’elettrostimolazione come strumento terapeutico! A quei tempi, sfruttavano l’energia dei raggi elettrici. Più tardi, le creature marine generatrici di elettricità sono state sostituire da dispositivi elettrostimolanti). Nella gara ciclistica di stimolazione elettrica funzionale che abbiamo menzionato all’inizio del post, le correnti applicate ai muscoli dei concorrenti permettono la loro contrazione e il conseguente movimento della pedalata.

Il primo prototipo di un’altra importante tecnologia riabilitativa, l’esoscheletro, è apparso per la prima volta nel 1890. Richiedeva un certo sforzo da parte di chi lo indossava, ma la tuta rendeva molto più facile camminare, correre e saltare con l’aiuto del gas compresso. Nel 1917 è stato brevettato un esoscheletro a vapore e, nella seconda metà del XX secolo, sono apparsi dei modelli elettrici, pneumatici e idraulici.

Gli esoscheletri moderni pesano meno dei loro predecessori, sono molto più facili da usare e offrono maggiori possibilità di ripristinare il movimento indipendente. Alcuni possono connettersi al cloud per memorizzare ed elaborare i dati sul trattamento riabilitativo, e i più recenti possono essere manipolati grazie agli impulsi cerebrali.

Le neurointerfacce

La tecnologia futuristica alla base dei dispositivi controllati dal pensiero è chiamata interfaccia cervello-computer (Brain-Computer Interface- BCI). Tali sistemi sono apparsi per la prima volta negli anni ’70 e stanno facendo grandi passi avanti.

I sensori BCI sono impiantabili direttamente nella corteccia cerebrale, oppure possono essere posizionati all’interno del cranio o fissati all’esterno. Il primo metodo fornisce inizialmente la migliore qualità del segnale, ma può diminuire se il corpo respinge l’impianto. Oggi, le BCI più comuni non sono invasive e non richiedono interventi chirurgici.

L’elettroencefalografia è la tecnologia più comune per la lettura dell’attività cerebrale. Tuttavia, esistono anche altri metodi di “lettura della mente”. Per esempio, negli anni ’80, i ricercatori hanno sperimentato l’uso del movimento oculare per controllare un robot. Poi, nel 2016, gli scienziati hanno presentato una BCI in grado di leggere le dimensioni delle pupille.

Il campo di applicazione delle neurointerfacce è piuttosto ampio. Agli albori di questa tecnologia, per esempio, gli scienziati hanno utilizzato impianti cerebrali per trattare la perdita della vista. E come abbiamo già ricordato, alcune sedie a rotelle ed esoscheletri più recenti utilizzano i controlli delle neurointerfacce. Per quanto riguarda i concorrenti del CYBATHLON 2020, alcuni hanno partecipato alla gara Brain-Computer Interface, una sorta di gioco per computer in cui il potere del pensiero muoveva gli avatar del gioco.

Prospettive per il futuro

Le tecnologie assistive moderne stanno facendo davvero passi da gigante. Quali miracoli sono dietro l’angolo, possiamo solo immaginarlo. Chi è all’avanguardia ha già qualche idea.

Ad esempio, i collaboratori specialisti in neurointerfacce di Neurobotics osservano che gli attuali sviluppi mirano soprattutto ad aiutare le persone con disabilità a gestire le attività quotidiane attraverso le sedie a rotelle controllate da BCI e le cosiddette “smart home”.

Tuttavia, questa tecnologia ha ancora molta strada da fare prima di un’adeguata commercializzazione. Come ammette Neurobotics, la “lettura della mente” è ancora molto meno accurata di quanto non lo sia ricevere input da tastiere, mouse o joystick. L’azienda suggerisce che dovremo attendere ancora 100 o 200 anni per poter utilizzare le BCI come sostituto efficace delle interfacce a oggi più familiari.

Elon Musk, che sta lavorando al suo progetto per l’impianto di una BCI chiamato Neuralink, prevede un tempo di commercializzazione più breve. Detto questo, non è chiaro quando potrà accadere o se il dispositivo avrà successo; l’impianto è un passo importante, e non tutti sono disposti a farlo.

Musk non è l’unico audace visionario. Se desiderate leggere altre previsioni fantascientifiche, date un’occhiata al nostro progetto Earth 2050, che permette agli utenti di condividere le proprie idee, da organi sensoriali fondamentalmente nuovi a un “body shop” dove ci si potrà rinnovare completamente.

Bringing on the future

Qualunque sia il futuro che ci aspetta, è importante ricordare che tutti noi stiamo creando il futuro, qui e adesso. Pertanto, noi di Kaspersky sosteniamo pienamente gli sviluppatori di tecnologie assistive e altre iniziative che mirano a rendere questo mondo un posto migliore. Loro, così come gli organizzatori di CYBATHLON, stanno cercando di costruire un futuro più luminoso e incoraggiante per tutti.

Fonte: Kaspersky

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