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Esoscheletri personali per paraplegici
Gli esoscheletri, macchine indossabili e motorizzate che possono assistere i movimenti di una persona, sono stati in gran parte confinati ai film o all'uso militare, ma i recenti progressi potrebbero presto portare i dispositivi nelle case delle persone con paralisi.
Passaggi assistiti: Un paziente con paralisi sta in piedi con l'aiuto dell'esoscheletro di Berkeley. L'esoscheletro muove le anche e le ginocchia del paziente per imitare una camminata naturale.
Finora, gli esoscheletri sono stati usati per aumentare la forza dei soldati o per aiutare i pazienti ospedalizzati con ictus a reimparare a camminare. Ora i ricercatori dell'Università della California, Berkeley, hanno dimostrato un esoscheletro che è portatile e consente ai paraplegici di camminare con un'andatura relativamente naturale con un allenamento minimo. Questo potrebbe essere un miglioramento per le persone con lesioni del midollo spinale che trascorrono molto tempo in sedia a rotelle, che possono causare piaghe o deterioramento delle ossa.
Gli esoscheletri medici esistenti per i pazienti che hanno perso la funzione degli arti inferiori non sono stati dotati di fonti di alimentazione o sono stati progettati per l'uso in strutture di riabilitazione, per correggere e condizionare l'andatura del paziente.
Al contrario, l'esoscheletro di Berkeley combina la libertà di non essere legati con un'andatura naturale, afferma Katherine Strausser, dottoranda e uno dei principali ricercatori del progetto Berkeley. La scorsa settimana alla conferenza ASME Dynamic System and Control 2010 a Cambridge, nel Massachusetts, Strausser ha presentato i risultati sperimentali di quattro paraplegici che hanno utilizzato l'esoscheletro.
Altri esoscheletri mobili, come quelli sviluppati da aziende come Rex Bionics o Cyberdene, non cercano di emulare un'andatura naturale, afferma Strausser. Poiché camminare è un movimento dinamico che essenzialmente sta cadendo in avanti, dice Strausser, molti modelli optano per uno shuffle invece di un'andatura naturale, perché è più sicuro e molto più facile. Tuttavia, emulare un'andatura naturale imita l'efficienza della camminata naturale e non affatica i fianchi, afferma Strausser.
Il dispositivo Berkeley, che ospita un computer e una batteria, si aggancia alla schiena dell'utente come uno zaino e può funzionare da sei a otto ore con una sola carica. Le pompe guidano il fluido idraulico per muovere l'anca e le ginocchia contemporaneamente, in modo che l'anca oscilli di un gradino mentre un ginocchio si piega. Il dispositivo pianifica le traiettorie del cammino in base ai dati (sugli angoli degli arti, flessione del ginocchio e distanza delle dita dei piedi) raccolti dalle andature naturali delle persone. I sensori di pressione su ciascun tallone e piede assicurano che entrambi i piedi non lascino il suolo contemporaneamente.
Il programma di Berkeley ha avuto successo. I quattro paraplegici descritti nel discorso di Strausser, tre dei quali erano in sedia a rotelle da anni, sono stati in grado di camminare con il dispositivo dopo solo due ore di allenamento. È molto facile entrare, dice Strausser. Muove la gamba esattamente come faresti nella tua andatura normale. Per iniziare un passaggio, l'esoscheletro richiede all'utente di premere un pulsante su un telecomando; il team sta lavorando a un'interfaccia più intuitiva.
Durante la progettazione dell'esoscheletro medico, che utilizza parti di due esoscheletri militari, il team aveva bisogno di controller e di un design che tenesse conto della mancanza di forza dell'utente. Mentre gli esoscheletri militari lavorano con il movimento di un soldato per aggiungere forza, gli esoscheletri medici fanno l'opposto, combattendo contro andature errate o eseguendo l'andatura, spiega Strausser. Il problema più grande è tenere una persona nell''exo' in modo sicuro e protetto, dice. Dopo i test sul campo presso l'Università della Virginia's Laboratorio di analisi clinica del movimento e prestazioni motorie l'anno scorso, il gruppo ha sviluppato un design proprietario che impedisce agli utenti di scivolare fuori dall'esoscheletro e distribuisce il peso della macchina da 80 libbre. Il gruppo prevede di rendere il dispositivo più leggero e di realizzare una versione a basso costo che i pazienti possano utilizzare nelle loro case. (Il gruppo di ricerca è affiliato con una società, Berkeley Bionics, che prevede di iniziare a vendere una forma della tecnologia.)
Nel complesso penso che sia un ottimo dispositivo, afferma Panagiotis Artemiadis, un ricercatore del MIT che ha ascoltato il discorso di Strausser. Sta sviluppando un esoscheletro chiamato MIT-SkyWalker che aiuta i pazienti colpiti da ictus a esercitarsi a camminare su una macchina che assomiglia a un tapis roulant. Dice che può immaginare il dispositivo Berkeley utilizzato dai pazienti nelle loro case, in particolare se i ricercatori riducono il peso.
Altri esoscheletri mobili per aiutare le persone paralizzate stanno appena iniziando ad arrivare sul mercato. azienda tedesca Argo Medical Technologies sta rilasciando il suo primo prodotto, un esoscheletro da 100.000 euro destinato all'uso nei centri di riabilitazione, a ottobre. La società prevede di rilasciare una versione domestica subito dopo per circa la metà del prezzo. A differenza dell'esoscheletro Berkeley, questo, soprannominato ReWalk, richiede all'utente alcune settimane per imparare. È come ottenere una patente di guida, afferma John Frijters, vicepresidente dello sviluppo aziendale di Argo. ReWalk è personalizzabile, in grado di adattare la sensibilità dei sensori, la lunghezza del passo e la falcata a seconda di come si sente l'utente. Pesa circa 45 libbre e funziona da otto a 10 ore con una carica, secondo Frijters.
Sebbene ReWalk non disponga ancora di dati da condividere sui vantaggi dell'utilizzo degli esoscheletri, decine di pazienti hanno testato ReWalk e tutti godono del vantaggio di essere attivi, afferma Frijters. Hanno l'opportunità di alzarsi dalla sedia a rotelle e camminare di nuovo. È molto emozionante.