Applicazioni - Case History

MICROingranaggi ha progettato e realizzato il motoriduttore cuore di Hannes, la mano protesica di derivazione robotica, sviluppata dall’Istituto Italiano di Tecnologia in collaborazione con Inail. Un progetto innovativo non solo tecnologicamente, ma anche concettualmente.

Una scelta tecnologica ben precisa
Una mano protesica di derivazione robotica che permette al paziente di riprodurre la gran parte delle funzionalità di una mano naturale. Costo: tra i 5 e i 10mila euro, quindi il 40% in meno circa dei dispositivi attualmente in commercio con funzioni analoghe.
Parliamo di Hannes, la mano protesica sviluppata nel 2018 dal Rehab Technologies Lab, il laboratorio congiunto nato dalla collaborazione tra l’Inail e l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), il cui nome vuole essere un omaggio al professor Hannes Schmidl, già direttore tecnico del Centro Protesi Inail di Vigorso di Budrio (Bologna).
Hannes viene controllata dalla contrazione del muscolo residuo dell’arto mancante mediante sensori di superficie che captano il segnale elettrico proveniente dal cervello, che – dopo essere stato pulito e amplificato – viene trasmesso a una scheda motore a cui è demandato il compito di dare l’input al motore responsabile del movimento delle dita.
Le scelte tecnologiche che stanno alla base dello sviluppo di questa protesi partono da un concetto ben preciso: progettare protesi molto complesse ha come conseguenza il fatto che poi vengano utilizzate con fatica e con grandi limiti. Hannes – al contrario – è facile da usare e controllare.

Samuel Stedman, mechanical and robotics engineer dell’Istituto Italiano di Tecnologia, risponde ad alcune domande sul progetto e sulla collaborazione con MICROingranaggi.

Come e quando è nata l’idea di dare vita al progetto “Hannes”?
“Ogni anno INAIL spendeva milioni di euro per l’acquisto di mani protesiche da produttori stranieri e ha iniziato a valutare la possibilità di svilupparne una internamente in Italia. Così cinque anni fa è partito il progetto di Hannes, finalizzato allo sviluppo di una mano protesica basata su un sistema sottoattuato, ovvero su un tipo di meccanismo che avesse un solo motore, ma 5 o 6 gradi di libertà (i cosiddetti DOF, degree of freedom).
La scelta di basare il progetto su un sistema di questo genere ha fatto sì che Hannes avesse un funzionamento molto diverso da quello della gran parte di protesi presenti sul mercato, poiché – grazie a una sorta di “intelligenza” incorporata nel prodotto stesso – riusciva ad adattarsi in automatico in maniera molto naturale all’oggetto che stava andando ad afferrare, indipendentemente dalle caratteristiche intrinseche dell’oggetto stesso (duro, morbido, grande, piccolo). Il tutto senza la necessità di un controllo eccessivamente sofisticato”.

Esattamente quindi come funziona Hannes? E quali sono i plus rispetto a progetti simili realizzati fino a questo momento?
“Hannes è una mano mioelettrica. Al paziente vengono applicati due sensori EMG (elettromiografici) sul moncone del braccio amputato in una posizione ben precisa rispetto ai muscoli recisi. Quando il paziente cerca di muovere la mano che non esiste più, dal suo cervello partono degli impulsi elettrici che vengono intercettati e letti da questi sensori EMG e successivamente amplificati per essere mandati a un’altra scheda posizionata all’interno della mano. Qui il segnale viene pulito, filtrato e inviato a una scheda motore (il cosiddetto interprete) presente sulla mano protesica, responsabile di dare al motore l’input di muoversi, e permettendo quindi alla mano di aprirsi e chiudersi.
Al motore della mano è collegato un motoriduttore sviluppato da MICROingranaggi, che è situato nella parte centrale e che – tramite una particolarepuleggia – comanda una serie di cavi che passano in mezzo a tutte le dita e che consentono alla mano di muoversi in un modo preciso e articolato, adattandosi in automatico all’oggetto afferrato.
Il sistema sottoattuato che abbiamo sviluppato, unito al motoriduttore progettato da MICROingranaggi, permettono di avere una presa molto naturale e facile da controllare”.

Quindi maggiore controllo da parte del paziente e anche più facilità a imparare a utilizzarla…
“Esattamente. Progettare mano protesiche molto complesse ha come conseguenza che poi il paziente fatica a imparare a usarle, finendo per limitarne enormemente l’utilizzo, poiché gli risulta meno macchinoso e più immediato demandare all’altra mano gran parte delle attività da svolgere.
Le mani protesiche proposte dai nostri competitor, infatti, sono dotate di un motore per ogni dito, il che permette sì di muoverle individualmente (quasi come in una mano normale), ma, di contro, rende complesso il controllo di così tanti gradi di libertà senza l’ausilio di una applicazione esterna attraverso cui scegliere il tipo di presa che si vuole utilizzare (precisa, grande…). Quello che accade infatti è che ogni volta che il paziente vuole cambiare il tipo di presa, deve prendere lo smartphone, entrare nell’apposita app, selezionare il tipo di presa scelto, dare l’avvio e usare la mano. Una sequenza di operazioni che finisce per essere quantomeno poco naturale, al punto che il paziente preferisce usare sempre la stessa funzione, demandando all’altra mano le operazioni che la protesi non riesce a svolgere.
Noi abbiamo deciso di andare nella direzione opposta, sviluppando una mano protesica che avesse il 95% delle funzionalità di altri prodotti analoghi presenti sul mercato, ma che fosse più facile da controllare e che avesse un decimo del prezzo (tra i 5mila e i 10mila euro contro i 35mila o gli 45mila). La scelta infatti di integrare due soli sensori EMG (mano aperta, mano chiusa) e un solo motore permette da un lato di ridurre molto il prezzo finale e, dall’altro, una maggiore semplicità di controllo e quindi di utilizzo”.

Il motoriduttore cuore della mano è stato sviluppato da MICROingranaggi. Perché la scelta di questo partner tecnologico?
“Quando abbiamo dato il via al progetto, avevamo sviluppato internamente un motoriduttore, che però aveva diversi problemi legati a una rumorosità eccessiva e alla scarsa stabilità. Abbiamo così deciso di rivolgerci a una realtà esterna che avesse grande esperienza e competenze in questo ambito e la scelta è caduta su MICROingranaggi, una delle realtà più conosciute in Italia in questo campo.
Durante il primo incontro abbiamo raccontato a MICROingranaggi il progetto spiegando cosa ci serviva esattamente: un motoriduttore che avesse peso e dimensioni contenute, che fosse silenzioso, che avesse una forza notevole sul cavo, che avesse un basso numero di vibrazioni e determinati attriti di funzionamento. Questo perché un minor attrito (in termini di energia persa durante il funzionamento) avrebbe permesso di utilizzare – a parità di sforzo – un motore meno potente, con conseguente maggiore durata delle batterie a parità di utilizzo.
Grazie al motoriduttore di MICROingranaggi, la mano di Hannes è oggi in grado di esercitare una forza di presa fino a cinque volte superiore a quella delle altre mani protesiche presenti sul mercato”.

E MICROingranaggi è stata in grado di rispondere alle vostre esigenze?
“Assolutamente sì. MICROingranaggi ci ha infatti consegnato una soluzione costituita da motoriduttore e puleggia già pronti, che possono essere installati all’interno della mano in pochi passaggi”.