Gli stivali robotici che forniscono riflessi sovrumani possono aiutare il tuo equilibrio. Un nuovo studio mostra che la chiave per aumentare l’equilibrio è avere stivali che possono agire più velocemente dei tempi di reazione umani.
Quando le persone scivolano o inciampano, le loro reazioni per ritrovare l’equilibrio sono molto più lente di quanto possano agire alcune macchine. Per gli esseri umani e altri animali con le gambe, i sensori biologici impiegano tempo per inviare segnali al sistema nervoso e quindi attivare i muscoli. I robot possono agire molto più velocemente, utilizzando i cavi invece dei nervi per inviare i loro segnali.
Ma i robot sono ancora notoriamente incapaci di bilanciarsi, perché non possono ancora imitare il modo in cui gli umani rispondono quando il loro equilibrio viene messo alla prova. Nello studio, hanno cercato di rispondere alla domanda se i robot indossabili, come esoscheletri o protesi potenziati per gli arti inferiori, possano migliorare l’equilibrio al di sopra e al di là di una normale linea di base.
Hanno utilizzato un pavimento motorizzato per letteralmente “tirare fuori il tappeto” da sotto i giovani partecipanti sani, facendoli cadere in avanti verso il suolo. Hanno chiesto loro di rimanere in equilibrio con i piedi in posizione, ma a volte lo slittamento era così grande che dovevano fare un passo per evitare di piantare la faccia a terra. Quindi, hanno programmato gli exo-boot per fornire ai partecipanti un’esplosione di assistenza con lo stesso ritardo della loro risposta naturale o artificialmente più veloce di quanto umanamente possibile e l’hanno confrontato con l’assenza totale di assistenza con gli exo-boot.
Sono rimasti sorpresi nello scoprire che solo la modalità che batte la reazione umana al pugno ha aiutato gli utenti a recuperare l’equilibrio più velocemente e ha impedito loro di fare un passo per riprendersi.
Allo stesso tempo, hanno registrato le risposte fisiologiche dei “piloti collaudatori” exo-boot per vedere se il dispositivo stava imitando – o potenzialmente interferendo con – le loro risposte di equilibrio sottostanti. Usando gli ultrasuoni, potremmo guardare sotto la pelle per vedere come i muscoli del polpaccio si allungano durante la scivolata. L’allungamento muscolare genera segnali sensoriali critici necessari al sistema nervoso per avviare una reazione di equilibrio.
La risposta di equilibrio dell’eso-stivale più veloce dell’uomo ha effettivamente eliminato i segnali di allungamento dei muscoli del polpaccio, ma i segnali di controllo a quegli stessi muscoli, in risposta al sistema nervoso in generale, persistevano. Questa scoperta evidenzia che il sistema nervoso è più di un insieme di semplici riflessi che reagiscono allo stiramento muscolare locale, ma agisce invece per raccogliere informazioni da tutto il corpo per rimanere in piedi sia in piedi che camminando.
Perchè è importante
Le persone tendono a dare l’equilibrio per scontato. Ma ogni passo contiene la possibilità di una caduta e le brutte cadute sono una delle ragioni principali del declino della salute quando le persone invecchiano. Se i ricercatori possono sviluppare una tecnologia assistiva per migliorare l’equilibrio mentre si va da qui a lì, può prevenire le cadute e consentire alle persone di essere attive più a lungo.
Quali altre ricerche correlate sono in corso sul campo
L’utilizzo di robot indossabili per aiutare la mobilità, in particolare l’equilibrio, è stato a lungo un sogno di scienziati e ingegneri. Ma la ricerca fino ad oggi si è concentrata principalmente sulla fornitura di assistenza elettrica per rendere più facile camminare più velocemente o più a lungo. A parte una manciata di promettenti dispositivi di ricerca basati su laboratorio, il campo dei robot indossabili non si è concentrato molto sull’equilibrio.
I progressi tecnologici dell’ultimo decennio aprono nuove possibilità per i robot indossabili all’avanguardia per migliorare l’equilibrio. Anche altri ricercatori in tutto il mondo stanno adattando i sistemi di esoscheletro esistenti per aiutare l’equilibrio utilizzando algoritmi di controllo di ispirazione biologica che potrebbero, nel tempo, essere in grado di rispondere più velocemente della risposta riflessa di un essere umano.
Qual è il prossimo
Questo studio è una dimostrazione di prova che gli esoscheletri possono migliorare l’equilibrio in un ambiente di laboratorio controllato durante un semplice compito in piedi per giovani adulti senza problemi di equilibrio. C’è molto da fare per consentire ai robot indossabili di aiutare con l’equilibrio nella vita di tutti i giorni e migliorare la vita delle persone con problemi di equilibrio come gli anziani o le persone con ictus o lesioni del midollo spinale. Saranno necessari studi futuri per esplorare l’utilizzo di esoscheletri in altre articolazioni degli arti inferiori, come il ginocchio e l’anca, per sviluppare un’intelligenza artificiale in grado di anticipare il rischio di caduta e consentire un equilibrio sovrumano personalizzato.
Autore
Lena Ting, Emory University, Gregory S. Sawicki, Georgia Institute of Technology, Max Shepherd, Northeastern University, Owen Beck, Università del Texas ad Austin
