Esoscheletro robotico: come funziona e quanto costa (2024)

Introduzione

Cos’è un esoscheletro robotico?

Un esoscheletro robotico è un dispositivo indossabile che supporta e amplifica le capacità motorie dell’utente. Progettato per essere indossato come una tuta esterna, l’esoscheletro utilizza una combinazione di motori, attuatori e sensori per assistere o potenziare i movimenti naturali del corpo umano. Questi dispositivi possono essere utilizzati per aiutare le persone con disabilità motorie a camminare, stare in piedi e svolgere altre attività fisiche quotidiane.

Gli esoscheletri robotici funzionano rilevando i movimenti dell’utente attraverso sensori e algoritmi di controllo avanzati che interpretano le intenzioni di movimento. Una volta che il movimento viene identificato, il dispositivo fornisce l’assistenza necessaria tramite attuatori motorizzati, che possono essere situati nelle articolazioni principali come ginocchia, fianchi e caviglie. Questo aiuto meccanico permette agli utenti di muoversi con maggiore facilità e sicurezza.

Breve storia dello sviluppo degli esoscheletri

Origini e primi sviluppi

Il concetto di esoscheletro robotico ha origini che risalgono a metà del XX secolo, con i primi progetti e prototipi che comparvero negli anni ’60. Il primo esoscheletro funzionante, chiamato “Hardiman,” fu sviluppato dalla General Electric in collaborazione con il Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti. Tuttavia, questo prototipo era troppo pesante e ingombrante per essere utilizzato in modo pratico e non superò mai la fase sperimentale​.

Progresso tecnologico e prime applicazioni cliniche

Negli anni ’80 e ’90, con l’avanzamento della tecnologia dei materiali e dell’elettronica, i ricercatori iniziarono a sviluppare esoscheletri più leggeri e funzionali. Uno dei primi dispositivi clinicamente utilizzabili fu il “MIT Man Amplifier”, progettato per aumentare la forza dell’utente. Questi primi modelli avevano però limitazioni in termini di autonomia e controllo.

Esoscheletri moderni e applicazioni attuali

Nel corso degli ultimi due decenni, il campo degli esoscheletri robotici ha visto progressi significativi grazie all’evoluzione della tecnologia dei sensori, dei microprocessori e dei materiali compositi. Aziende come ReWalk Robotics, Ekso Bionics e Cyberdyne hanno sviluppato esoscheletri commercialmente disponibili per scopi sia medici che industriali. Ad esempio, il ReWalk, introdotto per la prima volta nel 2010, è stato uno dei primi esoscheletri ad ottenere l’approvazione della FDA (Food and Drug Administration) per l’uso personale da parte di persone con lesioni al midollo spinale​.

Futuro degli esoscheletri robotici

Il futuro degli esoscheletri robotici è promettente, con ricerche in corso mirate a rendere questi dispositivi più accessibili, economici e integrati nella vita quotidiana. Le innovazioni future includono l’uso di intelligenza artificiale per migliorare l’adattabilità e la personalizzazione degli esoscheletri, nonché lo sviluppo di materiali più leggeri e resistenti che possano ulteriormente ridurre il peso del dispositivo senza comprometterne la robustezza.

L’introduzione degli esoscheletri robotici rappresenta una svolta nel campo della riabilitazione e del supporto alla mobilità, offrendo nuove opportunità di indipendenza e miglioramento della qualità della vita per milioni di persone in tutto il mondo.

Tecnologia degli esoscheletri

Componenti principali

Struttura e materiali

Gli esoscheletri robotici sono realizzati con materiali leggeri ma resistenti come l’alluminio, il titanio e le fibre di carbonio. Questi materiali permettono al dispositivo di essere abbastanza robusto per supportare il peso del corpo e i movimenti, ma anche abbastanza leggero da non affaticare l’utente. La struttura è progettata per adattarsi alla forma del corpo umano, avvolgendo le gambe e la parte inferiore della schiena con supporti regolabili per una vestibilità comoda e sicura.

Sensori e attuatori

Il cuore tecnologico di un esoscheletro risiede nei suoi sensori e attuatori. I sensori rilevano i movimenti dell’utente e inviano queste informazioni a un’unità di controllo. Ci sono diversi tipi di sensori utilizzati, tra cui:

• Sensori di movimento: rilevano l’angolo di piegamento delle articolazioni.
• Sensori di pressione: monitorano la distribuzione del peso.
• Sensori elettromiografici (EMG): captano i segnali elettrici generati dai muscoli.

Gli attuatori, invece, sono piccoli motori o sistemi idraulici che eseguono i movimenti richiesti, aiutando le articolazioni a piegarsi e distendersi in modo coordinato e naturale.

Interfaccia utente

Per interagire con l’esoscheletro, gli utenti possono utilizzare diverse interfacce:

• App su smartphone: molti esoscheletri sono dotati di applicazioni mobili che permettono di configurare e controllare il dispositivo.
• Comandi vocali: alcuni modelli avanzati rispondono ai comandi vocali, facilitando l’uso per persone con limitate capacità motorie nelle mani.
• Interfacce basate su movimenti: movimenti specifici del corpo o piccoli gesti possono essere utilizzati per attivare o disattivare funzioni particolari dell’esoscheletro.

Come funziona un esoscheletro?

Principio di funzionamento

Il funzionamento di un esoscheletro robotico si basa su un ciclo continuo di rilevazione e risposta. Quando l’utente inizia un movimento, i sensori raccolgono i dati necessari e li trasmettono all’unità di controllo del dispositivo. Questa unità elabora le informazioni e invia comandi agli attuatori per eseguire il movimento assistito. Ad esempio, se l’utente vuole fare un passo avanti, i sensori rilevano l’intenzione di muovere la gamba e gli attuatori forniscono la forza necessaria per completare il passo in modo fluido e naturale.

Modalità operative

Gli esoscheletri possono funzionare in diverse modalità a seconda delle necessità dell’utente:

• Camminata assistita: fornisce supporto per camminare, riducendo lo sforzo necessario da parte dell’utente. Questa modalità è utile per persone con debolezza muscolare o problemi di equilibrio.
• Riabilitazione: in questa modalità, l’esoscheletro aiuta a eseguire movimenti specifici necessari per la riabilitazione fisica. È spesso utilizzata in cliniche e ospedali per aiutare i pazienti a recuperare la mobilità dopo un infortunio o una malattia.
• Modalità autonoma: alcuni esoscheletri avanzati possono anche essere programmati per eseguire movimenti autonomamente, sulla base di un programma di esercizi preimpostato.

Tipologie di esoscheletro

Gli esoscheletri possono essere classificati in due categorie principali: attivi e passivi.

Esoscheletro attivo:  sono dotati di motori, attuatori e sensori che interagiscono con il movimento dell’utente per amplificarlo. L’esoscheletro attivo può fornire forza aggiuntiva, migliorare la resistenza e supportare movimenti specifici. Viene spesso utilizzato in ambiti come la riabilitazione medica, dove può aiutare pazienti con lesioni spinali a camminare di nuovo, o in settori industriali e militari, dove consente agli operatori di sollevare carichi pesanti o di muoversi con maggiore agilità. L’energia per il funzionamento di questi esoscheletri è fornita da batterie o fonti di alimentazione esterne.

Esoscheletro passivo: questi dispositivi, al contrario, non utilizzano motori o attuatori. Sono costruiti con materiali che forniscono supporto strutturale e migliorano la postura o la distribuzione del peso. Gli esoscheletri passivi possono essere utilizzati per prevenire lesioni muscolo-scheletriche nei lavoratori che devono mantenere posizioni scomode per periodi prolungati o per facilitare il trasporto di carichi pesanti riducendo lo stress su specifiche parti del corpo. Sebbene non aumentino attivamente la forza, possono ridurre la fatica e migliorare l’efficienza dei movimenti.

Gli esoscheletri attivi sono ideali per applicazioni che richiedono un incremento delle capacità fisiche, quelli passivi offrono un supporto ergonomico senza necessità di alimentazione energetica.

Applicazioni cliniche

Riabilitazione neurologica

Utilizzo post-ictus

Gli esoscheletri robotici sono strumenti per la riabilitazione neurologica, specialmente per le persone che hanno subito un ictus. Dopo un ictus, molte persone lottano con la perdita di funzionalità motoria, in particolare nella parte inferiore del corpo. Gli esoscheletri possono aiutare i pazienti a riacquistare la capacità di camminare, stimolando i movimenti naturali e aiutando a rieducare i muscoli e il cervello a lavorare insieme. Questo non solo accelera il recupero fisico, ma migliora anche la qualità della vita del paziente, riducendo la dipendenza da dispositivi di assistenza come le sedie a rotelle​.

Riabilitazione per lesioni del midollo spinale

Le persone con lesioni del midollo spinale possono trarre benefici dagli esoscheletri. Questi dispositivi possono fornire il supporto necessario per permettere ai pazienti di stare in piedi e camminare, anche se solo per brevi periodi. Questo tipo di riabilitazione non solo aiuta a mantenere la forza muscolare e la flessibilità, ma può anche prevenire complicazioni secondarie come le piaghe da decubito e le infezioni urinarie. Inoltre, il movimento assistito aiuta a migliorare la circolazione sanguigna e può avere effetti positivi sul sistema digestivo.

Condizioni muscoloscheletriche

Recupero da traumi e fratture

Gli esoscheletri sono anche molto utili per il recupero da traumi e fratture. Dopo un infortunio significativo, come una frattura del femore o del bacino, i pazienti spesso affrontano un lungo periodo di riabilitazione per recuperare la forza e la mobilità. Gli esoscheletri possono supportare questo processo, permettendo ai pazienti di iniziare a camminare prima rispetto alle tecniche tradizionali di riabilitazione. Questo non solo accelera il processo di guarigione, ma aiuta anche a mantenere la massa muscolare e a prevenire l’atrofia .

Trattamento per patologie degenerative come la sclerosi multipla

Le patologie degenerative, come la sclerosi multipla, possono causare una perdita progressiva della funzione motoria. Gli esoscheletri offrono una soluzione innovativa per aiutare questi pazienti a mantenere la mobilità e l’indipendenza il più a lungo possibile. L’uso regolare di un esoscheletro può aiutare a ridurre la spasticità muscolare e migliorare l’equilibrio e la coordinazione.

Gli esoscheletri robotici stanno apportando dei nuovi sviluppi nel campo della riabilitazione clinica, offrendo nuove speranze e migliorando la qualità della vita per molte persone affette da disabilità motorie e condizioni degenerative.

Innovazione e testimonianze

Casi di successo

Un caso studio di successo dell’uso di questa tecnologia è quello di Thibault, è il primo paziente tetraplegico al mondo a riuscire a camminare e muovere le braccia grazie a una tuta robotica, un esoscheletro a quattro arti controllato con la mente. Gli esperti che hanno sviluppato il progetto ammettono che l’autonomia completa è ancora lontana e che sarà necessario ancora molto tempo per migliorare la tecnologia e renderla disponibile al di fuori del laboratorio. Tuttavia, per chi ha vissuto anni di immobilità, questi primi passi rappresentano una speranza concreta. Lo studio è stato pubblicato su Lancet Neurology.

Studi clinici in corso

La ricerca sugli esoscheletri robotici è in continua evoluzione, con numerosi studi clinici in corso che esplorano nuovi modi per migliorare questi dispositivi. Ad esempio, attualmente è in corso uno studio che sta esaminando l’uso di esoscheletri dotati di intelligenza artificiale per adattare i movimenti in tempo reale alle necessità specifiche del paziente. Questo potrebbe apportare valore e innovazione nel modo in cui gli esoscheletri vengono utilizzati, rendendoli ancora più efficaci e personalizzati. I ricercatori stanno monitorando come queste innovazioni, possano migliorare la precisione dei movimenti assistiti e ridurre il tempo necessario per la riabilitazione​

Innovazioni tecnologiche recenti

Le innovazioni tecnologiche recenti stanno spingendo i limiti di ciò che è possibile con gli esoscheletri robotici. Ad esempio, nuove batterie più leggere e potenti stanno permettendo tempi di utilizzo più lunghi senza la necessità di ricariche frequenti. Inoltre, sono stati sviluppati esoscheletri con materiali avanzati come le leghe di titanio e le fibre di carbonio, che rendono i dispositivi più leggeri e più confortevoli da indossare. Alcuni modelli recenti includono anche sensori di ultima generazione che possono rilevare i minimi cambiamenti nei segnali muscolari, permettendo un controllo più preciso​.

Principali prodotti sul mercato e prezzi

Esistono diversi modelli di esoscheletri robotici sul mercato, ciascuno con le proprie caratteristiche, vantaggi e svantaggi. Di seguito una panoramica dei principali prodotti disponibili:

ReWalk (costa circa 90000 dollari)

ReWalk è uno degli esoscheletri più conosciuti e utilizzati, progettato principalmente per persone con lesioni al midollo spinale. Offre una buona autonomia e facilità d’uso grazie alla sua interfaccia e ai controlli ergonomici. È approvato dalla FDA per uso personale e clinico, rendendolo un’opzione per l’uso domestico che per la riabilitazione​.

Ekso Bionics (costa circa 100000 dollari)

Ekso Bionics produce esoscheletri sia per uso clinico che industriale. Il modello EksoGT è specificamente progettato per la riabilitazione di pazienti con ictus o lesioni spinali. Questo dispositivo è noto per la sua adattabilità e la capacità di fornire supporto su misura per ogni paziente, facilitando un recupero più rapido e efficace. Inoltre, l’EksoVest è un altro prodotto di Ekso Bionics destinato a supportare le braccia e le spalle, utile in contesti industriali per ridurre l’affaticamento​.

TWIN 2 (prodotto italiano nato dalla collaborazione tra IIT e Centro Protesi Inail)

Il TWIN è un esoscheletro sviluppato per scopi riabilitativi, in particolare per persone con patologie neuromuscolari agli arti inferirori. Al momento il prezzo non è ben chiaro quale sarà. Questo modello offre un buon equilibrio tra supporto e mobilità, rendendolo ottimo per sessioni di riabilitazione intensive​.

Confronto tra caratteristiche tecniche, costi, e accessibilità

• Caratteristiche tecniche: ogni esoscheletro ha specifiche tecniche uniche. Ad esempio, ReWalk e EksoGT offrono una buona adattabilità e facilità d’uso, mentre TWIN 2 è noto per la sua modularità.
• Costi: gli esoscheletri possono variare significativamente in termini di prezzo. ReWalk, ad esempio, ha un costo elevato a causa della sua avanzata tecnologia e approvazione FDA, mentre altri modelli come TWIN 2 possono essere più accessibili a seconda delle configurazioni e delle opzioni di personalizzazione.
• Accessibilità: la disponibilità e l’accessibilità di questi dispositivi possono variare. ReWalk e EksoGT sono ampiamente disponibili in molti paesi e supportati da numerosi centri di riabilitazione, mentre modelli più nuovi come TWIN 2 potrebbero essere disponibili solo in mercati specifici.

Fonti

https://www.humanitasalute.it/tecnologia-e-salute/66420-rewalk-la-tecnologia-per-tornare-a-camminare

https://www.leccotoday.it/attualita/robot-paralisi-gambe-camminare.html

https://opentalk.iit.it/iit-e-centro-protesi-inail-presentano-twin-il-nuovo-esoscheletro-robotico-per-arti-inferiori/

Conclusione

Riepilogo dei punti chiave

Abbiamo esplorato in profondità il mondo degli esoscheletri robotici, dispositivi che stanno rivoluzionando il campo della riabilitazione e dell’assistenza alla mobilità. Ecco un riepilogo dei principali aspetti trattati:

• Tecnologia degli esoscheletri: abbiamo visto come questi dispositivi siano costruiti con materiali avanzati, sensori sofisticati e attuatori, il tutto controllato tramite interfacce utente.
• Benefici clinici: gli esoscheletri non solo migliorano la mobilità, ma offrono anche benefici fisici come la riduzione dell’atrofia muscolare e miglioramenti cardiovascolari. Sul fronte psicologico, aumentano l’autostima e l’indipendenza, migliorando complessivamente la qualità della vita.
• Applicazioni cliniche: sono particolarmente efficaci nella riabilitazione neurologica post-ictus e per lesioni del midollo spinale, così come nel trattamento di condizioni muscoloscheletriche e patologie degenerative.
• Testimonianze e casi studio: le storie di successo di pazienti e i numerosi studi clinici in corso dimostrano l’efficacia e il potenziale degli esoscheletri.
• Comparazione tra modelli di esoscheletri: abbiamo confrontato i principali modelli sul mercato, come ReWalk e Ekso Bionics, discutendo caratteristiche tecniche, costi e accessibilità, e fornendo una guida per la scelta del dispositivo più adatto.

Considerazioni finali

Gli esoscheletri robotici rappresentano un’innovazione interessante nel campo della riabilitazione e dell’assistenza medica. Questi dispositivi non solo offrono nuove possibilità di movimento a chi ha subito gravi lesioni o soffre di malattie debilitanti, ma aprono anche la strada a un futuro in cui l’autonomia e la qualità della vita dei pazienti potranno essere migliori con l’utilizzo di questi dispositivi.

In definitiva, gli esoscheletri robotici non sono solo strumenti tecnologici avanzati, ma vere e proprie estensioni del corpo umano, che permettono a chi li utilizza di vivere una vita più piena e attiva.