Che si tratti di un neonato che si allunga verso le dita dei piedi o di una persona che afferra una matita che rotola dal piano di lavoro, afferrare gli oggetti con le mani è un istinto umano di base. I ricercatori del Neural Control of Movement Laboratory dell’Arizona State University stanno scoprendo che questo semplice compito non è così semplice. Infatti, l’azione di afferrare è la fase finale di una serie di processi complessi che costituiscono il nostro senso del tatto. Le inefficienze o le interruzioni di qualsiasi anello di questa catena di processi avranno un impatto diretto sulla nostra capacità di usare le mani. Per questo motivo la ricerca nel campo del controllo motorio neurale è fondamentale per il progresso della tecnologia e del trattamento riabilitativo. I sensori di forza/coppia multiasse di ATI aiutano i ricercatori a scomporre il senso umano del tatto, fornendo un feedback in tempo reale durante il processo.
Qiushi Fu studia i processi sensomotori presso il Neural Control of Movement Laboratory. La ricerca del laboratorio si concentra sulla mano come modello per comprendere l’apprendimento e il controllo motorio. Gli esperimenti di Fu si concentrano sul senso del tatto umano. Fu utilizza i più piccoli sensori F/T di ATI per analizzare più a fondo il feedback sensoriale (la comunicazione tra il cervello e i muscoli della mano) durante le prove di presa e manipolazione.
Quando prendiamo un oggetto, il nostro cervello raccoglie innanzitutto informazioni dall’ambiente circostante e fa riferimento a situazioni simili del passato. Utilizzando spunti visivi e ricordi, possiamo stimare la quantità di forza di sollevamento e di presa necessaria per manipolare l’oggetto senza farlo cadere o schiacciarlo. Una volta che l’abbiamo in mano, il nostro cervello continua a ricevere feedback dal processo di presa. Questo ci permette di apportare modifiche alla presa e alla posizione della mano mentre eseguiamo il compito. Tutto questo avviene istantaneamente, nel nostro subconscio. Attraverso prove ed errori, impariamo a perfezionare questo movimento comune e funzionale. Più raggiungiamo e afferriamo, più grande è il nostro campo di riferimento e meglio riusciamo a stimare le forze necessarie per manipolare gli oggetti. Poiché si tratta di un’attività che svolgiamo quasi ogni giorno, sviluppiamo un’abilità professionale.
E se perdessimo il senso del tatto? Se non potessimo dipendere dalla nostra coordinazione occhio-mano per manipolare gli oggetti? Saremmo in grado di prepararci la colazione o di vestirci al mattino? Saremmo in grado di guidare per andare al lavoro? Saremmo in grado di lavorare?
Qiushi Fu ha ideato diversi esperimenti per studiare come il cervello controlla le forze delle dita durante la presa e la manipolazione. Fu afferma: “Il risultato potrebbe permetterci di valutare l’impatto dei disturbi neurologici nel controllo della mano e di assistere il processo di riabilitazione neurale [sic]”
Negli esperimenti di Fu, i sensori F/T di ATI sono racchiusi in un oggetto. Il soggetto manipola l’oggetto mentre i sensori forniscono un feedback di forza istantaneo su sei assi (forze Fx, Fy, Fz e coppie Tx, Ty e Tz). I sensori segnalano anche il centro di pressione di ciascun polpastrello e acquisiscono il feedback al cervello. Grazie al reverse engineering del processo con l’aiuto dei sensori F/T, Fu ottiene una visione molto più completa del processo di manipolazione, dall’inizio alla fine. Fu spiega: “Queste informazioni ci diranno la velocità di risposta, il ruolo del feedback sensoriale e altre misure fisiologiche”
Questi esperimenti hanno lo scopo di misurare e registrare i dati in una situazione “reale”. Garantire che i sensori non influiscano sulla scelta del soggetto di manipolare gli oggetti è una priorità assoluta. I sensori F/T più piccoli di ATI, Nano17 e Nano25 (rispettivamente 17 e 25 mm di diametro), sono facili da nascondere all’interno dell’oggetto da testare. In questo modo si massimizza la superficie di presa e si garantisce al soggetto la piena libertà di scegliere come manipolare gli oggetti.
Fu ha scelto i sensori F/T di ATI in parte per le dimensioni compatte, ma anche per la qualità superiore. Fu afferma: “I sensori F/T di ATI forniscono un’eccellente precisione, robustezza e sensibilità alla nostra ricerca” Il design dei sensori F/T è ideale per rilevare i sottili cambiamenti nelle forze delle dita durante le prove di Fu. Gli estensimetri al silicio all’interno del corpo del trasduttore F/T fungono da amplificatori del segnale e annullano la distorsione del rumore. Le misurazioni precise e accurate del sensore F/T ATI portano a dati di alta qualità, che danno a Fu e al suo team ancora più fiducia nelle loro scoperte.
Il nostro senso del tatto ci permette di usare le mani e le dita in modo più efficiente rispetto a qualsiasi altra specie. Abbiamo imparato che il cervello, i muscoli della mano e le dita giocano tutti un ruolo fondamentale. Se uno di questi elementi non funziona correttamente, il nostro senso del tatto, e quindi la nostra capacità di usare le mani, viene compromessa. Fortunatamente, i ricercatori che si occupano di controllo neurale come Quishi Fu contribuiranno allo sviluppo di soluzioni robotiche di assistenza per ripristinare la mobilità dei pazienti e, in alcuni casi, la loro indipendenza.
Con l’invecchiamento della popolazione, il numero di persone che vivono con problemi di salute debilitanti continuerà ad aumentare. Per i pazienti con un controllo motorio ridotto a causa di disturbi neurologici, lesioni traumatiche, ictus o altre malattie, le soluzioni robotiche assistive offrono la speranza di migliorare la qualità della vita. ATI è orgogliosa di far parte della ricerca sul controllo neurale dell’Arizona State University.
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