Mano Cibernetica Idraulica: Funzionamento e Sviluppi
Periodicamente, dalla fine della Seconda Guerra mondiale, emergono scrittori di varia origine accomunati dalla presunzione di intuire cosa accadrà nel futuro dell’uomo soprattutto in rapporto alla dinamica ambientale, all’andamento demografico, alla produzione agricola e, in misura crescente, allo sviluppo scientifico e tecnologico. A questo riguardo, la posizione di Raymond Kurzweil, noto ricercatore e inventore nel campo dell’intelligenza artificiale, è quanto mai tipica. Già Daniel Bell negli anni Settanta del secolo scorso aveva preconizzato il declino della società industriale a vantaggio della società dell’informazione. Si trattava di una profezia quanto mai infondata e a ogni modo infausta se pensiamo al disincanto che, attualmente, sta seppellendo ogni ingenua credenza nell’inevitabile “superiorità” dell’informazione rispetto alla tecnologia e all’economia reali.
La storia delle protesi, e in particolare delle mani artificiali, è lunga e affascinante. Reperti di protesi sono stati portati alla luce sin dalla quinta dinastia egizia. Attorno al 500 a.C. Erodoto racconta di un uomo che portava un piede di legno mentre risale al 300 a.C. una gamba artificiale, fatta di rame e legno, trovata a Capri. Si deve arrivare al XV secolo per reperire in Germania, con la “mano di Alt-Ruppin”, il primo artefatto che consentiva, sia pure in modo rudimentale, di posizionare meccanicamente le dita in diverse configurazioni. Nel XVI secolo prende forma, con la famosa mano del Cavaliere Götz von Berlichingen, un dispositivo parzialmente attivo nel senso che, oltre a presentare un aspetto simile all’arto originale, esso permetteva, per mezzo di pulsanti e piccole leve, di fare assumere al polso e alle dita le disposizioni desiderate, inclusa la fondamentale opposizione col pollice.
Nel 1812 il tecnico chirurgico Peter Baliff intuì per primo la possibilità di conferire all’arto capacità di movimento sfruttando i muscoli residui dell’arto naturale di una persona amputata. Nel 1898 il medico italiano Giuliano Vanghetti introduce su base scientifica la cineprotesi esattamente allo stesso scopo, seguito poco dopo dal medico tedesco Ferdinand Sauerbruch. La nuova tecnica consisteva nel collegamento fisico, chirurgico, dei muscoli residui con i componenti meccanici della protesi. Nel 1946 presso l’Università di California, a Berkeley, viene introdotta la tecnica dell’aspirazione per ottimizzare la connessione fra il dispositivo e il corpo del paziente.
Nel 1975 il medico Ysidro Martinez si rende conto che, come in altri obiettivi di progettazione di naturoidi, l’ostinazione nel voler riprodurre fedelmente l’esemplare naturale e i suoi principi di funzionamento può portare a inutili ritardi e produrre indesiderabili effetti secondari. La nuova strategia punta a sostituire al puro impiego delle forze esercitate direttamente dai muscoli residui il prelievo dalla pelle dei segnali elettrici che accompagnano la contrazione e il rilascio dei muscoli. Questi segnali, una volta amplificati, vengono trasdotti nelle corrispondenti forze esercitate dagli attuatori attraverso motori elettrici o altri componenti. Come è intuibile, tuttavia, il training che si rende necessario per usare al meglio simili macchine non è breve né agevole. Nonostante la congruità, apparentemente immediata, del modello generale, che consente in via teorica di “pilotare” il dispositivo per mezzo della corrispondenza fra gesti volontari e i corrispondenti movimenti della protesi, ciò che si ottiene, pur essendo incomparabilmente meglio di quanto fosse possibile in passato, non soddisfa pienamente se non una limitata parte dei pazienti.
Molti di loro finiscono infatti per abbandonare l’uso anche delle protesi più avanzate per il loro ingombro, peso o aspetto, ma anche per i movimenti troppo simili a quelli di un robot che ne risultano e per il riadattamento mentale che queste macchine richiedono. Interessante è, anche qui, la trasfigurazione dell’esemplare naturale che, peraltro, quasi sempre si rende necessaria e utile. Uno dei numerosi problemi che rimangono irrisolti è poi quello della sensibilità dell’arto alla pressione, un fatto fondamentale per l’impiego sia di una mano sia di un piede.
I biofeedback oggi disponibili, almeno sperimentalmente, consentono una parziale sensazione della pressione esercitata dall’arto, per esempio dalla mano, sull’oggetto con cui avviene l’interazione, per mezzo di bracciali o di elettrodi connessi alla pelle del paziente grazie ai quali egli può rilevare variazioni di temperatura. Queste soluzioni sono di notevole importanza poiché, fra l’altro, danno luogo alla “proiezione cerebrale” ossia inducono nei pazienti la sensazione di impiegare l’intero arto e non solo la parte naturale loro rimasta. D’altra parte, i ricercatori hanno rilevato, nel 2003, che l’adozione di una protesi influenza negativamente la generazione delle immagini motorie (motor imageries) da parte del paziente.
Il prelievo diretto dei segnali, tramite biosensori, dai muscoli o dai nervi del paziente sta oggi assumendo il ruolo centrale nell’ambito della bioingegneria. Dispositivi di varia natura sono in via di sperimentazione in vari paesi, fra cui Stati Uniti, Svizzera e Austria. Alcuni vedono l’impianto di elettrodi nei muscoli, altri adottano elettrodi allo stato solido attorno ai quali vengono fatti sviluppare i nervi. Il BrainGate della Brown University di Rhode Island, fa uso di un dispositivo, collegato alla corteccia motoria del paziente, costituito da un centinaio di microelettrodi lunghi un millimetro e collegato a un computer che, opportunamente programmato, il paziente può in questo modo controllare.
Ancora una volta il progetto ha dovuto affrontare il difficile problema della connessione della macchina con il corpo del paziente. La soluzione è fornita, in questo caso, dalla tecnica chirurgica di Todd Kuiken, del Rehabilitation Institute di Chicago. Nel progetto, i comandi a Luke vengono impartiti per mezzo dell’attivazione intenzionale, da parte del paziente, dei nervi che forniscono la sensazione di muovere il braccio (il phantom limb) mettendo in azione i muscoli pettorali cui i nervi vengono collegati e attivando così, alla fine, gli attuatori di Luke. Il paziente, in tal modo, ha anche la sensazione di usare un proprio arto. Il biofeedback è inoltre fornito da un sotto-sistema - chiamato tactor - che genera vibrazioni sulla pelle, una tecnica in uso anche per indurre effetti di propriocezione in dita artificiali con semplice finalità di riproduzione estetico-plastica.
Nel suo insieme, l’attuale offerta di arti artificiali, sia sperimentali sia commerciali, presenta dunque alcune novità di straordinario interesse. Rimangono tuttavia difficoltà che afferiscono alla ineliminabile eterogeneità dei materiali e delle “logiche” operative dei sistemi naturali da un lato e quelli dei naturoidi dall’altro. La connessione con l’organismo biologico, la duttilità dell’attuazione dei movimenti e le strategie per il loro controllo, sono ovviamente i tre ambiti su cui la ricerca si sta impegnando. Le soluzioni che si stanno affacciando assumono gli esemplari naturali - occhio, pelle, braccia, mano, dita, gambe, piede - come obiettivi solo di massima, ma senza alcuna ambizione, né possibilità, di rimanervi fedeli fino al termine della progettazione e della realizzazione.
Queste, e la loro “natura”, impongono vincoli e chance dalla cui combinazione il naturoide risultante non può che presentarsi e agire secondo modalità sui generis. Le prestazioni finali degli arti artificiali sono talvolta più efficaci di quelle generate dagli arti naturali: per esempio, Oscar Pistorius alle Olimpiadi di Pechino, grazie alle sue gambe artificiali, pare abbia usato solo il 25 per cento dell’energia che impiega un atleta normo-dotato; la forza, la resistenza e la mobilità che una mano artificiale può offrire possono, in linea di principio, andare aldilà delle capacità umane; la pelle artificiale può presentare un gripping power superiore a quello naturale e così via. Tutto questo significa che, comunque si guardi a questo settore di ricerca, anche in questo ambito si rivela inevitabile l’introduzione nel naturoide di una diversità intrinseca destinata a permanere.
Un ultimo, recentissimo ambito di ricerca che, se sarà seguito da realizzazioni concrete, aprirà la strada verso ulteriori gradi di diversità, è forse il più chiarificatore. In sostanza, si tratta di sostituire agli algoritmi fissi che governano i microcomputer degli attuali arti artificiali con algoritmi in grado di modificarsi e di convergere verso prestazioni ottimizzate assumendo come target i comandi stessi del paziente e le azioni conseguenti. In altre parole, a bordo dell’arto artificiale risiederà un’intelligenza che, invece di esplorare l’ambiente come fa un essere umano quando decide di compiere un movimento, esplorerà i dati provenienti dall’esperienza passata dei comandi ricevuti, giungendo ad anticipare i probabili comandi che l’uomo sta formulando.
Fino a ora, gli arti artificiali - e mille altri naturoidi a tecnologia avanzata - costituiscono sistemi master-slave: l’uomo comanda e il naturoide, in qualche modo, eroga la prestazione richiesta. Nel campo che abbiamo analizzato, la tendenza attuale, pur fra mille difficoltà, è verso la predisposizione di arti artificiali molto settoriali e addirittura molto individualizzati perché mancano, né si vede in cosa potrebbero consistere, una anatomia, una fisiologia e una neurologia generalizzate di esseri simbiotici verso cui orientare il lavoro di progettazione e di ricerca.
Cibernetica e Medicina: Un'Intersezione Chiave
La fusione della cibernetica con la medicina ha dato vita ben presto alla medicina cibernetica e a una stretta collaborazione fra medicina e ingegneria, che ha condotto a considerare la biomedicina quasi come un settore dell'ingegneria, destinato allo studio di un particolare tipo di macchina: quella vivente (A. La medicina c. opera nei seguenti settori principali: matematizzazione della medicina, ricerca col metodo della simulazione, diagnosi automatica, individuazione della terapia ottimale, lettura dei tracciati, delle radiografie e dei preparati istologici. Essa si occupa inoltre dell'automazione dei laboratorî di ricerche applicate alla clinica (fig.
La diagnosi, allorché dev'essere ricavata dall'elaborazione di lunghe colonne di cifre, costituisce un problema di probabilità condizionata (L. P. Lusted e R. S. Gli elaboratori elettronici dell'ultima generazione hanno segnato un ulteriore progresso nel campo della diagnosi automatica, permettendo di sostituire le formule matematiche piuttosto complesse e non scevre talora di errori, con operazioni logiche e aritmetiche molto semplici che i nuovi calcolatori elettronici effettuano con grande esattezza e in un tempo ridottissimo. Con questo metodo è stata evidenziata l'esistenza di un triangolo informazionale reumatismo-cancro-malattie mentali (Masturzo), che ha dimostrato una particolare resistenza degli ammalati psichiatrici di fronte al reumatismo e di fronte al cancro (fig.
Un altro settore della medicina c. I modelli cibernetici sono stati anche utilizzati per la progettazione e la costruzione delle protesi cibernetiche e per la realizzazione di modelli di cervello di cui il computer è l'esemplare più suggestivo.
Un Gioco Educativo: La Mano Cibernetica Idraulica per Bambini
Un affascinante gioco creativo progettato per bambini dai 10 anni in su: la confezione offre l’opportunità di realizzare una mano cibernetica in grado di muoversi grazie alla forza idraulica, senza l’ausilio dell’elettricità. Questo dispositivo leggero è facilmente manipolabile dalle dita della mano: basta spingere e tirare per attivare il sistema di trasmissione idraulica. Le articolazioni delle dita sono regolabili con diverse angolazioni, consentendo di chiudere il pugno o aprire il palmo della mano in modo accurato. Utilizzabile sia da destrimani che da mancini e adattabile a mani di diverse dimensioni, questa creazione non richiede batterie per il suo funzionamento. È un’opportunità straordinaria per creare momenti speciali e duraturi con il tuo bambino.
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