Da Star Wars alla vita reale: la nuova protesi trasforma la vita

Fornito da Analog Devices Inc.

Sebbene Luke Skywalker faccia solo un cameo nell'ultimo film di Star Wars, la sua ricomparsa sta anche risvegliando l'interesse per un arto protesico soprannominato per l'eroe immaginario con una mano cibernetica. (I fan ricorderanno che l'appendice bionica ha sostituito la mano destra di Luke, che ha perso in un duello con la spada laser con Darth Vader in Star Wars Episodio V: L'Impero colpisce ancora *.)

Il braccio DEKA. Foto di DEKA Research and Development Corp. Usata con autorizzazione.

Il braccio DEKA, che il suo inventore, Dean Kamen, chiama affettuosamente Luke, è un vero e proprio dispositivo creato dalle menti ingegneristiche della società Kamen con sede nel New Hampshire, DEKA Ricerca e Sviluppo . Luke, il braccio protesico più avanzato mai approvato dalla Food and Drug Administration (FDA) statunitense, traduce i segnali dai muscoli per eseguire compiti complessi, come flettere le dita e afferrare oggetti. È un'innovazione trasformativa nelle protesi degli arti superiori per amputati.

Dalla fantascienza ai fatti medici

Quando il Approvato dalla FDA il dispositivo per la commercializzazione nel 2014, ha chiamato DEKA Arm System il primo braccio protesico in grado di eseguire movimenti multipli e simultanei controllati da segnali elettrici provenienti da elettrodi elettromiografici (EMG) che rilevano l'attività elettrica nei muscoli vicino a dove è attaccata la protesi. I segnali elettrici degli elettrodi e di altri dispositivi di input dell'utente vengono quindi convertiti dal computer principale del braccio per controllare fino a 10 articolazioni alimentate.

Tra le caratteristiche più innovative del braccio DEKA c'è la capacità del polso e delle dita di regolare le posizioni per ottenere più impugnature selezionabili dall'utente. Inoltre, i sensori di forza nella mano consentono all'utente del braccio di controllare con precisione la presa. Il braccio protesico è simile per dimensioni e peso a un arto naturale e può essere controllato da una varietà di input. Un computer sulla protesi riceve i segnali EMG e li interpreta per aprire o chiudere le dita o per modificare la configurazione dell'impugnatura per consentire all'utente di raccogliere una moneta, ad esempio.

Con il braccio DEKA, un amputato può facilmente fare cose come tenere una tazza di caffè, allacciare i lacci delle scarpe e maneggiare le cerniere, attività che in precedenza erano difficili da fare con le protesi passive

Per eseguire movimenti così complessi, gli ingegneri DEKA si sono resi conto di aver bisogno anche di ulteriori input di controllo. La loro soluzione era implementare sensori speciali sui piedi dell'utente che trasmettono segnali in modalità wireless al computer del braccio, consentendo all'utente di controllare più articolazioni contemporaneamente.

Componenti multipli di Analog Devices, Inc., (ADI), inclusi amplificatori per strumentazione , isolatori digitali , e amplificatori operazionali doppi —sono stati integrati nel design della catena del segnale di DEKA. Questi componenti ad alte prestazioni aiutano DEKA a garantire che il braccio soddisfi i requisiti critici in termini di sicurezza, efficacia e prontezza per il mercato del sistema.

Questi e altri componenti ADI sono stati tra quelli testati durante il processo di approvazione della FDA del sistema del braccio, quando l'agenzia ha esaminato i dati relativi al software e ai sistemi elettrici e batterie, le misure di mitigazione per prevenire o fermare i movimenti involontari del braccio e dei meccanismi della mano, i test di durata (come capacità di resistere all'esposizione a fattori ambientali comuni come polvere e pioggia leggera) e test di impatto.

La tecnologia innovativa crea possibilità di trasformazione

Questo progresso radicale nelle protesi deriva da una sfida che aveva richiesto decenni. Prima del braccio DEKA, le protesi erano basate su progetti sperimentati più di 100 anni fa. E mentre la tecnologia degli arti inferiori è diventata più avanzata nel corso dei decenni, la tecnologia degli arti superiori è rimasta indietro a causa dei suoi problemi medici e ingegneristici più difficili. Così, nel 2006, la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) del governo degli Stati Uniti ha istituito un programma chiamato Rivoluzionando la protesi con un obiettivo ambizioso: progettare un braccio protesico con la funzionalità di un arto naturale.

La DARPA si è rivolta a DEKA per creare una soluzione che avrebbe migliorato notevolmente la qualità della vita degli amputati, una soluzione abbastanza delicata da raccogliere un acino d'uva, ma sufficientemente robusta da maneggiare strumenti come un trapano a mano. Gli ingegneri DEKA hanno raggiunto questo obiettivo. Ora, con il braccio DEKA, un amputato può fare in sicurezza cose come tenere una tazza di caffè, allacciare i lacci delle scarpe e maneggiare le cerniere, attività che in precedenza erano difficili da fare con le protesi passive.

Nell'ambito della sua applicazione FDA, il sistema DEKA è stato sottoposto a uno studio di ottimizzazione finanziato dal Department of Veterans Affairs (VA) e condotto presso i centri medici VA e del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Il 90% degli amputati che hanno partecipato allo studio sono stati in grado di svolgere compiti domestici e di cura di sé comuni ma complessi con il braccio DEKA che non erano in grado di eseguire con le protesi esistenti.

Questa innovazione tecnologica sta davvero trasformando le vite. È in anticipo rispetto a ciò che è possibile, ed è solo l'inizio.

* Star Wars Episodio V: L'Impero colpisce ancora è un marchio di Lucasfilm.

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