L’esperienza in BionIT Labs: dal tirocinio all’assunzione con un progetto di protesi di dita

Mai avrei detto che nel marzo del 2018, mentre seguivo un corso a scelta al Politecnico di Bari, avrei conosciuto l’allora acerbo CEO di una start-up. Giovanni Zappatore, prima mio relatore, mi avrebbe accolto a distanza di tre anni nel suo Team ormai rodato, permettendomi di partecipare alla favola di Adam’s Hand.

Assieme al professor Giulio Reina, mi proponeva un lavoro di tesi tanto innovativo quanto motivante, divenuto poi il nucleo fondante del progetto che vi andrò brevemente a raccontare, finalizzato alla realizzazione di una protesi per amputazione parziale di dita.

Il progetto di tesi

Le amputazioni localizzate sulla mano rappresentano la maggior parte delle amputazioni agli arti superiori e molto spesso coinvolgono una o più dita.

Per sviluppare una protesi di questo tipo è necessaria una pregressa conoscenza anatomica del corpo umano, ed in particolare dell’arto superiore interessato dall’amputazione: la protesi dovrà infatti recuperare le naturali funzionalità del dito – in primis quella di presa e successivamente quella estetica.

Lo studio dello stato dell’arte ha sin da subito rimarcato le difficoltà legate al raggiungimento di questo obiettivo: la mano – e quindi anche le dita -, infatti, sono parti del corpo compatte ma robuste, e allo stesso tempo caratterizzate da un’elevata destrezza nello svolgimento delle numerose attività quotidiane che caratterizzano la nostra vita.

Queste caratteristiche sono rese possibili dalla presenza dei tendini, che trasmettono il movimento dei muscoli dell’avambraccio ai giunti presenti tra le falangi delle dita.

Quali sono le tipologie di protesi di dita esistenti?

Nella prima fase del lavoro di tesi è stata effettuata una ricerca bibliografica  sulla moltitudine di sistemi e meccanismi alla base delle protesi di dita, indipendentemente dalla loro tipologia e stadio di sviluppo, in modo da avere a disposizione un solido punto di partenza per i successivi step di progettazione.

Questa ricerca è poi stata riportata su una pubblicazione scientifica, che potete trovare qui (https://www.mdpi.com/2218-6581/9/4/80).

Oltre al caso in cui il paziente preferisca non utilizzare protesi – scelta che potrebbe comportare problemi di simmetria, postura e allineamento del corpo, si possono individuare cinque diverse categorie di protesi:

  1. Passive: protesi per lo più cosmetiche o che non presentano prese attive, quindi progettate per rimanere nella posizione impostata al momento della produzione o assegnatagli dall’utente;
  2. Ad azionamento corporeo: che sfruttano il movimento funzionale di una parte del corpo per attivarsi – e si suddividono a loro volta in protesi guidate dal gomito, dal polso o dalle articolazioni delle dita residue;
  3. Ad azionamento elettrico: controllate da sensori elettromiografici e motori elettrici;
  4. Specifiche per attività: progettate per assolvere tasks ben precisi;
  5. Ibride: che combinano due o più opzioni/soluzioni.

Voice of Customers: l’importanza dell’esperienza utente

La chiave di una efficiente e proficua progettazione è l’individuazione dei bisogni e delle richieste del cliente, che dovranno essere soddisfatti con i requisiti tecnici che il prototipo dovrà incorporare.

Da uno studio approfondito di oltre 374 pubblicazioni che analizzano circa 80 protesi – fra dispositivi ancora in fase di ricerca e già commercializzati – sono stati estrapolati i criteri di valutazione e classificazione dei meccanismi alla base delle diverse protesi, successivamente raggruppati in due macro-categorie: la prima relativa alle caratteristiche della presa e la seconda relativa alle caratteristiche fisiche del dispositivo.

Caratteristiche di presaCaratteristiche fisiche
– Movimento naturale
– Adattività
– Presa di precisione
– Stabilità
-Isotropia delle forze
– Spazio di manovra
– Rigidezza
– Legame con moncone
– Accuratezza
– Tempo di chiusura/apertura
– Peso
– Numero di falangi
– Compattezza
– Versatilità del design
– Biocompatibilità
– Estetica
– Processo di produzione
– Rumorosità

Sebbene tutte queste caratteristiche siano rilevanti per ottenere una protesi quanto più simile possibile al dito umano, risulta estremamente complesso riuscire a progettare un dispositivo che le implementi tutte, per cui è necessario definire delle priorità e trovare dei compromessi che consentano comunque di ottenere un risultato soddisfacente.

cable-guided-prosthesis

Esempi di protesi condotte da cavi da Masahiro, I.; Hiroshi, Y. Prosthetic Finger. J.P. Patent 146998A, 20 August 2015 (6) e Traverso, S.; Lince, A.; Laffranchi, M.; de Michieli, L.; Boccardo, N. An Underactuated Prosthetic Hand. W.O. Patent 215577 A1, 14 November 2019 (7)

Definizione dei requisiti della nostra protesi di dita

Nel nostro caso, abbiamo individuato i seguenti requisiti tecnici fondamentali

  • protesi ad azionamento corporeo: per ottenere un dispositivo caratterizzato da pesi e ingombri ridotti e che sia quanto più possibile una naturale estensione del dito;
  • protesi sottoattuata: il numero di attuatori è minore del numero di gradi di libertà del dispositivo, in modo da consentire un controllo semplice ed una presa adattiva – caratteristica distintiva anche di Adam’s Hand (LINK tecnologia Adam’s Hand).
  • meccanismo forza-isotropico: per ottenere performance stabili di presa, che evitino fenomeni di eiezione dell’oggetto impugnato.
Esempi di protesi sottoattuata da George, L.E. Artificial Finger. U.S. Patent 2867819, 13 January 1959. (8) e Li, G.; Jin, J.; Deschamps-Berger, S.; Sun, Z.; Zhang, W.; Chen, Q. Indirectly self-adaptive underactuated
robot hand with block-linkage mechanisms. Int. J. Precis. Eng. Manuf. 2014, 15, 1553–1562 (9)

Il processo di progettazione

Una volta definiti i requisiti fondamentali del dispositivo, gli step successivi sono stati:

  • lo svolgimento di una sintesi qualitativa, supportata dai meccanismi analizzati, che ha visto un efficientamento dei punti caratteristici del meccanismo ed una riduzione della complessità dello stesso;
  • l’implementazione di un modello analitico per una verifica preliminare dei parametri fondamentali del meccanismo;
  • l’analisi cinematica del meccanismo, per prevedere l’evoluzione delle variabili d’interesse durante il moto della protesi;
  • l’analisi dinamica del meccanismo, per valutare le forze interne e di contatto; 
  • la modellazione CAD finalizzata alla verifica dell’assemblabilità della protesi e alla ricerca delle soluzioni più comode per indossarla;
  • la prototipazione rapida del dispositivo, finalizzata a verificare ingombri, estetica e funzionamento dello stesso.

La mia avventura in BionIT Labs prosegue!

All’interno di BionIT Labs proseguo tuttora l’attività di sviluppo del mio progetto di tesi, parallelamente alle attività legate ad Adam’s Hand, con l’obiettivo di realizzare un prodotto che abbia tutte le caratteristiche per essere inserito nel portafoglio prodotti di BionIT Labs ed essere quindi lanciato sul mercato.

Ad un semestre dal mio ingresso in BionIT labs, mi sono convinto del fatto che l’Università possa nella maggior parte dei casi fornire gli attrezzi e gli strumenti del mestiere, ma per capire come questi vadano utilizzati sia fondamentale associarvi una pratica assidua, che è possibile sperimentare solo sul posto di lavoro.

L’apprendimento diventa, poi, ancor più semplice se si viene catapultati in un ambiente stimolante e dinamico come BionIT Labs

E così posso dire che un cerchio si è chiuso, anche se sono certo che gli approfondimenti e lo studio in quest’ambito possano dare origine ad una spirale infinita di ricerca e sviluppo messe al servizio del nostro obiettivo finale, quello di “Trasformare le disabilità in Nuove Possibilità”.

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