Non basta che una protesi si muova come una mano vera: perché il controllo sia davvero naturale, chi la indossa deve anche poterla sentire. È da questa esigenza che nasce lo studio coordinato dalla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa e pubblicato su Science Advances, che ha sviluppato una nuova interfaccia bidirezionale capace di restituire sensazioni di movimento naturali a chi porta una protesi di mano.

L’interfaccia, ideata dal professore Christian Cipriani – che è il coordinatore dello studio – e integrata alla mano robotica Mia Hand realizzata dallo spin-off Prensilia, nato proprio in seno alla Scuola Sant’Anna, è stata sperimentata per sei settimane su un paziente italiano di 34 anni.

Il problema della cinestesia perduta

Quando una persona perde una mano, perde anche la cinestesia: la capacità di sapere dove si trovano e come si muovono i propri arti senza doverli guardare. L’amputazione spezza il legame tra movimento e sensazione, rendendo l’uso della protesi meno naturale poiché basato solo sulla vista. Finora, per stimolare questa percezione si usavano vibrazioni superficiali sulla pelle, che però coinvolgono insieme recettori cutanei e muscolari, senza permettere di isolare il contributo reale della sola muscolatura.

Il team ha superato questo limite con la myokinetic kinesthetic interface (MKkI): piccoli magneti impiantati nei muscoli dell’avambraccio vengono fatti vibrare a distanza da bobine esterne, stimolando solo il tessuto muscolare, senza alcun contatto con la pelle, per ripristinare sensazioni di movimento naturali. Grazie a questa stimolazione mirata, il paziente ha potuto percepire l’apertura e la chiusura della mano con movimenti coordinati, molto simili a quelli reali.

«Si tratta di una sorta di stimolazione intracorporea, che non solo può essere la chiave per comprendere meglio come funziona il controllo motorio umano, ma anche per capire come ripristinarlo in persone che subiscono un’amputazione», spiega Federico Masiero, primo autore dello studio, oggi ricercatore al Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence della Technical University of Munich.

Prensilia, la mano robotica nata in laboratorio

Dietro la mano usata nello studio c’è Prensilia, spin-off fondato nel 2009 da un team dell’ARTS Lab (Advanced Robotics and Technology Laboratory) del Sant’Anna che lavorava già su mani robotiche e protesica. È stata proprio l’esigenza di avere a disposizione dispositivi affidabili per la ricerca a spingerli a fondare l’azienda, mettendo la loro competenza a disposizione anche di altre università.

Il primo prodotto, una mano robotica autocontenuta con tutta la tecnologia integrata nel palmo, è nata come piattaforma di ricerca per le neuroscienze e per lo studio del tatto. Nel tempo l’azienda si è aperta anche al mercato della protesica e dell’automazione industriale e oggi Mia Hand è certificata sia come dispositivo medico per persone prive di mano, sia come sistema di presa avanzato per applicazioni industriali, ambito in cui Prensilia conta già dei clienti attivi.

Come racconta Francesco Clemente, CEO di Prensilia, tra le protesi disponibili oggi le più semplici si limitano ad aprire e chiudere le dita per afferrare un oggetto, mentre quelle più complesse, dotate di sei motori interni, potrebbero muovere le dita in modo indipendente ma sono molto costose; inoltre i sistemi di controllo attuali non riescono comunque a sfruttare questa indipendenza, limitandosi a selezionare il tipo di presa. Mia Hand si colloca in una posizione intermedia: un sistema avanzato ma più accessibile dal punto di vista economico. È una mano robotica leggera, robusta e versatile, in grado di interagire con l’ambiente, afferrare oggetti di diverse dimensioni e regolare la forza di presa, con la possibilità di integrare sensori in funzione delle specifiche applicazioni (industriali, scientifiche e biomedicali).

Dalle protesi alla piattaforma di ricerca

Altra mano robotica di Prensilia è IH2 Azzurra. Si tratta di una mano robotica multiarticolata autocontenuta, con attuatori, sensori di forza ed elettronica di controllo integrati nel palmo e nelle dita. Le dimensioni compatte e le interfacce di comunicazione standard la rendono una piattaforma di ricerca versatile: dagli studi clinici su pazienti amputati alla validazione di interfacce umano-macchina, fino all’impiego come end-effector collaborativo per bracci robotici in ambito di robotica umanoide e interazione uomo-robot.

Invasatura personalizzata

Il funzionamento si basa su due componenti: la mano vera e propria e l’invasatura, una sorta di guscio rigido che la collega al moncone. All’interno dell’invasatura si trovano i sensori elettromiografici, che registrano l’attività elettrica dei muscoli residui dell’avambraccio, gli stessi che un tempo controllavano la mano naturale.

Se ne usano tipicamente due, uno per l’apertura e uno per la chiusura, e la loro attivazione combinata permette di cambiare tipo di presa. Il paziente deve imparare ad associare un’intenzione motoria non naturale, per esempio pensare di estendere il polso, al movimento corrispondente della protesi: un apprendimento che dipende anche dal modo in cui il tecnico ortopedico posiziona i sensori sull’invasatura, calibrandoli sulla persona.

La collaborazione con la Scuola Sant’Anna si muove su più livelli: da un lato progetti scritti insieme nell’ambito di bandi europei e italiani, dall’altro uno scambio continuo e indipendente di dispositivi che Prensilia mette a disposizione dell’ateneo per testare i nuovi prodotti.

Il nodo dei costi e dell’accessibilità

Resta aperta la questione dell’accesso a queste tecnologie. Una mano robotica di questo tipo ha un costo che si aggira sui 20mila euro. «In Italia – spiega Clemente – esistono di fatto due categorie di utilizzatori. Chi è nato senza un arto o ha subito un’amputazione per incidente non legato al lavoro rientra nella copertura del Servizio sanitario nazionale tramite l’ASL, ma con un rimborso parziale che non copre l’intero costo del dispositivo. Diversa è la situazione di chi ha perso l’arto per un infortunio sul lavoro: in questo caso interviene l’assicurazione INAIL, che copre integralmente la spesa». A complicare il quadro c’è il nomenclatore tariffario su cui si basano i rimborsi, aggiornato raramente e per questo poco adatto a tenere il passo con le nuove tecnologie.

Prensilia vende i propri dispositivi alle ortopedie, che poi li forniscono al paziente.

«Il dispositivo è disponibile dal 2025 e al momento è utilizzato da una decina di persone in Italia» conclude Clemente. Mentre l’azienda è ancora al lavoro per costruire una rete di distribuzione più ampia attraverso le ortopedie sul territorio.