Gli esoscheletri sono stati in gran parte confinati nel regno della fiction, comparendo in film di fantascienza o di supereroi per rendere i personaggi più forti, più alti o più distruttivi (in Avatar di James Cameron, la terrificante tuta AMP funge da “amplificatore di un operatore umano”, ma in realtà è più simile a una macchina da guerra umanoide con un vero uomo all’interno). Per quanto riguarda gli usi reali, gli esoscheletri sono stati testati o sviluppati in settori come la produzione di automobili, i viaggi aerei, l’esercito e la sanità, soprattutto per aiutare le persone a sollevare oggetti e materiali pesanti.
Un nuovo esoscheletro ha uno scopo diverso: aiutare le persone a camminare. Sviluppato dagli ingegneri dello Stanford Biomechatronics Laboratory, il dispositivo è descritto in un articolo pubblicato questa settimana su Nature. In poche parole, si tratta di uno stivale motorizzato che dà a chi lo indossa una spinta in avanti a ogni passo. Ciò che lo distingue, però, è che il suo funzionamento è adattato a ogni persona che lo utilizza, anziché essere standard per le diverse altezze, pesi e velocità di camminata.
“Questo esoscheletro personalizza l’assistenza alle persone che camminano normalmente nel mondo reale”, ha dichiarato in un comunicato stampa Steve Collins, professore associato di ingegneria meccanica che dirige lo Stanford Biomechatronics Laboratory. “E ha portato a miglioramenti eccezionali nella velocità di camminata e nel risparmio energetico”.
La personalizzazione è resa possibile da un algoritmo di apprendimento automatico, che il team ha addestrato utilizzando emulatori, cioè macchine che raccoglievano dati sul movimento e sul dispendio energetico da volontari che erano collegati ad esse. I volontari hanno camminato a velocità diverse in scenari immaginari, come cercare di prendere un autobus o fare una passeggiata in un parco.
L’algoritmo ha stabilito connessioni tra questi scenari e il dispendio energetico delle persone, applicando le connessioni per imparare in tempo reale come aiutare chi indossa gli scarponi a camminare in un modo che sia effettivamente utile per loro. Quando una nuova persona indossa lo stivale, l’algoritmo prova un diverso modello di assistenza ogni volta che cammina, misurando come i suoi movimenti cambiano in risposta. La curva di apprendimento è breve, ma in media l’algoritmo è stato in grado di adattarsi efficacemente ai nuovi utenti in appena un’ora.
L’esoscheletro funziona applicando una forza di torsione alla caviglia, sostituendo in parte la funzione del muscolo del polpaccio di chi lo indossa. Quando gli utenti fanno un passo, appena prima che le dita dei piedi stiano per lasciare il terreno, il dispositivo li aiuta a spingere. Ha funzionato abbastanza bene: in media, le persone hanno camminato il 9% più velocemente del solito, spendendo il 17% in meno di energia. Nel confronto diretto su un tapis roulant, l’esoscheletro ha fornito una riduzione dello sforzo circa doppia rispetto a dispositivi simili.
Ridurre lo sforzo necessario per camminare non è in genere un obiettivo a cui la maggior parte di noi dovrebbe puntare; semmai, gli americani hanno bisogno del contrario. Ma il team che ha sviluppato l’esoscheletro lo vede utilizzato per aiutare le persone con difficoltà motorie, compresi gli anziani e i disabili.
“Credo che nel prossimo decennio vedremo queste idee di personalizzazione dell’assistenza e di esoscheletri portatili efficaci aiutare molte persone a superare le sfide della mobilità o a mantenere la loro capacità di vivere una vita attiva, indipendente e significativa”, ha dichiarato nel comunicato stampa Patrick Slade, autore dello studio e ricercatore in bioingegneria.
Poiché l’esoscheletro è attualmente in fase di prototipo, non raggiungerà molto presto una base di utenti più ampia. Inoltre, finora è stato testato solo su adulti sani di circa 20 anni di età, per cui sarebbe necessario effettuare nuovi test e apportare modifiche per le persone che hanno effettivamente bisogno di aiuto per camminare.
L’équipe ha anche in programma di progettare iterazioni che aiutino a migliorare l’equilibrio di chi lo indossa e persino a ridurre i dolori articolari. I ricercatori sono ottimisti sul potenziale del loro dispositivo. “Penso davvero che questa tecnologia aiuterà molte persone”, ha detto Collins.
Immagine: Università di Stanford/Kurt Hickman
Articolo di Vanessa Bates Ramirez, tradotto e adattato da Saverio Fidecicchi e rinvenibile al link https://singularityhub.com/2022/10/14/this-exoskeleton-uses-machine-learning-to-put-a-personalized-spring-in-your-step/
Article by Vanessa Bates Ramirez, translated and adapted by Saverio Fidecicchi and found at the link https://singularityhub.com/2022/10/14/this-exoskeleton-uses-machine-learning-to-put-a-personalized-spring-in-your-step/
