Il progetto Humour per la riabilitazione

Si è appena concluso il progetto coordinato dall’Istituto Italiano di Tecnologia, durato tre anni e con il coinvolgimento di sei istituti europei. Per un solo obiettivo: il recupero neuromotorio grazie a dispositivi robotici d’avanguardia.

Il papà che sostiene e guida il figlio per andare in bicicletta. L’insegnante che accompagna la mano del bambino per insegnargli a scrivere correttamente. Il fisioterapista che sorregge e guida un paziente per recuperare le sue capacità motorie ridotte a causa di un grave trauma. Sono tutte situazioni in cui un nuovo movimento è imparato, o re-imparato, attraverso l’interazione ‘fisica’ tra un individuo e un ‘istruttore’.

Ma in che modo tale interazione facilita l’apprendimento motorio? é possibile costruire robot in grado di fare lo stesso,adattandosi automaticamente a chi si esercita? Questi gli obiettivi del progetto europeo HUMOUR – Human behavioral Modeling for enhancing learning by Optimizing Human-Robot interaction – i cui risultati sono stati presentati oggi nell’ambito dell’incontro conclusivo tenutosi a Veruno (Novara) presso l’Istituto Scientifico dell’IRCCS Fondazione Salvatore Maugeri.Realizzato all’interno del VII Programma Quadro per la Ricerca e lo Sviluppo Tecnologico dell’Unione Europea , il progetto HUMOUR ha inteso stabilire nuove frontiere per la riabilitazione robotizzata , unendole competenze e l’esperienza delle sei realtà di ricerca internazionali coinvolte: l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, soggetto capofila che ne ha curato il coordinamento scientifico; Fondazione

Salvatore Maugeri Clinica del Lavoro e della Riabilitazione – Istituti Scientifici di Veruno e Pavia; l’Aalborg University in Danimarca; l’Eberhard Karls University di Tubinga (Germania); l’Istituto di Fisiologia del Lavoro (IfADO) di Dortmund e l’Imperial College di Londra.

Il progetto si è basato sulla possibilità di progettare efficienti schemi di assistenza robotica, a partire da un’attenta analisi dei meccanismi cognitivi e neurali alla base dell’apprendimento motorio in soggetti che presentano gravi disabilità. Oggi, dopo tre anni di ricerche, si è arrivati a sviluppare nuovi e sofisticati dispositivi robotici in grado di facilitare il recupero motorio, dispositivi che supporteranno il lavoro dei fisioterapisti nel trattamento riabilitativo dei pazienti . In particolare, i nuovi sistemi robotizzati consentono di elaborare programmi di riabilitazione personalizzati in base alla situazione individuale del paziente ,grazie alla possibilità di quantificarne esattamente i movimenti, per esempio in termini di forza, rigidezza e velocità.

Come sottolinea il Prof. Vittorio Sanguineti dell’IIT, coordinatore scientifico del progetto: “Nella riabilitazione assistita da robot il paziente ripete molte volte un certo movimento, e se non riesce a completarlo da solo, il robot lo aiuta. Nel corso del progetto HUMOUR abbiamo messo a punto una serie di nuove tecniche e di strumenti per rendere il recupero più efficace e duraturo. In particolare, abbiamo sviluppato robot modulari che permettono di esercitare spalla e gomito, ma anche polso e mano, e che sono capaci di valutare lo stato del recupero motorio del paziente, consentendo una terapia sempre più personalizzata. Tali robot rendono la riabilitazione una terapia da svolgere anche in autonomia e in ambiente domestico “.

Il progetto HUMOUR ha previsto diverse fasi, ognuna realizzata grazie al contributo delle istituzioni che vi hanno partecipato. Il primo passo è stato definire i meccanismi di azione dell’assistenza fornita da dispositivi robotici durante l’esercizio, compito di cui si sono occupati i ricercatori dell’Istituto IfADO . In seguito, si è passati a studiare come potenziare la performance dei dispositivi robotici. Si colloca in questo contesto la linea di ricerca sviluppata dai ricercatori del Dipartimento Robotics Brain and Cognitive Sciences dell’Istituto Italiano di Tecnologia(IIT ) sotto la guida del Prof. Sanguineti, insieme alla Fondazione Salvatore Maugeri è stato dimostrato come l’utilizzo di particolari dispositivi nei programmi di riabilitazione neuromotoria dell’arto

superiore – ad esempio, il robot denominato ‘Braccio di Ferro’ – possa accelerare l’apprendimento delle abilità motorie quali la scrittura, sia in soggetti sani sia patologici . Questi dispositivi, messi a punto in collaborazione con l’Università di Genova , consentono di variare e modulare gli esercizi a seconda della prestazione ottenuta grazie a particolari algoritmi implementati da IIT e Fondazione Maugeri; inoltre, essi possono essere applicati sia sul piano orizzontale sia verticale e utilizzati nel trattamento riabilitativo di pazienti con esiti da ictus, trauma cranico e sclerosi multipla .

Come spiega l’Ing. Roberto Colombo della Fondazione Salvatore Maugeri : “I risultati finora emersi dalle indagini condotte su un gruppo di pazienti dell’Istituto Scientifico di Veruno della Fondazione, hanno evidenziato un significativo miglioramento dei processi di rieducazione motoria grazie all’implementazione, neldispositivo robotico ‘Braccio di Ferro’, di alcuni algoritmi che consentono la valutazione “in tempo reale” dei risultati ottenuti dal paziente; il fisioterapista ha quindi la possibilità di modificare i compiti motori richiesti e proporre nuovi obiettivi da raggiungere .”Comprendere come stimolare il recupero del movimento degli arti superiori in pazienti così gravemente compromessi da non avere capacità motorie residue, utilizzando tecniche di Brain-Computer Interface (BCI), è stato l’obiettivo delle attività condotte dall’Università di Tubinga; grazie all’applicazione di elettrodi posti sul capo, il robot identifica il movimento che il paziente ha intenzione di compiere – per esempio, aprire la mano -e lo aiuta a eseguirlo. L’Aalborg University ha studiato invece in che modo l’efficacia dell’interazione fisica dipende dal livello iniziale di ‘esperienza’ di chi impara. Infine, l’Imperial College di Londra si è concentrata sui meccanismi di interazione – l’emergere di ruoli e di specializzazione – in attività motorie di tipo collaborativo, comuni in campo sportivo e lavorativo.In futuro, alla luce dei risultati ottenuti, sarà possibile estendere l’applicazione dei nuovi dispositivi robotici anche ad altri campi, tra cui ad esempio lo sport: migliorare l’allenamento sportivo in base ai risultati ottenuti con queste apparecchiature permetterà l’acquisizione passo-passo di nuove abilità, che potrebbero essere poi applicate anche a una vasta platea di utenti, tra cui i soggetti anziani.

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