La robotica assistiva

di Stefano Ojetti *
pubblicato il 18 luglio 2019
La robotica assistiva

Robotica

La robotica è quella branca della tecnologia che riguarda la progettazione, la costruzione, l’attività e l’applicazione di robot. Se si pensa oggi agli smartphone di ultima generazione rapportati ai primi cellulari ci poniamo la domanda di che cosa ci riserverà la progressione tecnologica nei prossimi anni. Quando generalmente si pensa ad un robot, si pensa a qualcosa con l’apparenza umana capace di collaborare con l’essere umano.

STEFANO OJETTI

Dottor Stefano OJETTI, Vice Presidente Nazionale AMCI per il CENTRO

Fu Karel Capek che, nel 1920 in sostituzione del termine “automa”, ideò il termine robot che stava ad indicare una macchina meccanica con funzioni di lavoro. Da allora la robotica ha fatto dei progressi straordinari fino a trasformare gli attuali robot in entità autonome e mobili, con capacità di apprendimento e di adeguamento all’ambiente, di comunicazione ( ad es. attraverso il riconoscimento della parola), fino a prospettare in un prossimo futuro, sicuramente non senza un certo ottimismo scientifico, la possibilità di robot dotati di intelligenza artificiale (IA).

Occorre innanzitutto fare una distinzione tra robot con o senza corpo e robot con o senza intelligenza artificiale. Ancora bisogna valutare poi il rapporto tra corpo-robot e cervello-IA.
I robot che hanno un corpo sono in grado di muoversi e quindi di produrre lavoro fisico a differenza dei computer che sono immobili, inoltre possono essere stupidi o intelligenti.
I robot stupidi sono di aiuto nei confronti dell’uomo ma dipendono dalla programmazione e conseguentemente dall’uomo, svolgendo per lo più lavori meccanici o domestici e comportando un aumento della produttività; quelli intelligenti sono macchine non necessariamente antropomorfe e che sono in grado di rimpiazzare gli umani nei mestieri di routine come catene di montaggio o in attività pericolose come luoghi insalubri, radioattivi, ecc.
I robot senza corpo stupidi sono gli elettrodomestici, gli apparecchi di comunicazione (telefoni) o di intrattenimento o di svago (Tv, radio) dai quali oggi l’uomo è dipendente; quelli intelligenti invece (smart, super computer ecc.) sono deputati ad aiutare l’uomo nei lavori di routine cognitiva come progettare, scrivere, accumulare dati, immagini ecc.

Robotica assistiva

La robotica assistiva rappresenta quella branca della robotica che, come indica il termine stesso, mira ad assistere l’utente o la persona fragile nei suoi vari bisogni, tra queste funzioni possiamo annoverare: la Robotica domotica (casa intelligente), i Robot riabilitativi, il Robot sedia a rotelle, i Bracci manipolatori per disabili fisici, la Robotica chirurgica, i Robot da compagnia, i Robot educativi, la Robotica militare (robot artificiere) ed infine la Robotica umanoide IA.

Domotica Assistiva

La domotica assistiva rappresenta quella branca della robotica che ha come scopo quello di permettere alle categorie in stato di fragilità, quali anziani − disabili − malati cronici, di vivere in casa con più sicurezza e comfort. Gli anziani rappresentano oggi il 20,3% della popolazione e nel 2065 passeranno al 33,7%. La vita media così crescerà di quasi 6 anni fino ad arrivare a 86 anni circa per gli uomini e 90 per le donne. Questo invecchiamento della popolazione ha portato automaticamente a sviluppare delle tecnologie in grado di migliorare l’autonomia di queste categorie di utenti.

La domotica assistiva pertanto si occupa di migliorare la vita in ambiente domestico attraverso l’ingegneria edile ed energetica, l’elettrotecnica, l’automazione, l’informatica. Gli elementi pertanto suscettibili di controllo e di programmazione possono riguardare: l’illuminazione, le porte, le finestre, le persiane, la ventilazione, il riscaldamento, l’aria condizionata, le telecomunicazioni, gli audio-video, gli elettrodomestici.

Un ambiente domotico pertanto capace di venire incontro alle difficoltà oggettive di questa categoria di utenti può diventare necessario per migliorare la qualità della vita attraverso la gestione di alcuni parametri quali ad esempio:

– La sicurezza ambientale con sistemi antiintrusione o personale tramite sistemi di controllo delle cadute o ancora, attraverso braccialetti muniti di appositi sensori in grado di misurare alcuni parametri vitali quali : la frequenza cardiaca, la pressione arteriosa, la temperatura corporea ecc.

Il controllo dell’ambiente domestico attraverso la voce o i gesti come aprire la porta di casa da qualunque luogo dell’ambiente.

L’integrazione di dispositivi medici con quelli domotici che sono in grado di rilevare anomalie quali ad esempio l’eccessiva frequenza nell’uso del bagno o la ripetitività di colpi di tosse, fino ad arrivare a regolare l’uso di un distributore di pillole che fornisca automaticamente le medicine al paziente o ancora il monitoraggio dei pazienti con ridotte capacità cognitive impedendo loro di uscire di casa senza controllo.

L’utilizzo di piattaforme di telecomunicazione per far interagire il paziente con i propri familiari diminuendo conseguentemente il senso di solitudine (domotica da compagnia).

Le tapparelle o le tende azionate da sensori di luminosità così come le luci interne che possono essere controllate da un rilevatore di presenza e di luminosità.

O ancora abilitare o disabilitare temporaneamente l’accesso di determinate persone all’interno della casa e in determinate fasce orarie (videocamera, impronta digitale).

Robot riabilitativi

Nel campo riabilitativo negli ultimi anni la scienza ha fatto dei passi da gigante nel campo della robotica, adoperando le nuove tecnologie nel campo del recupero funzionale della fisiologia umana.
La riabilitazione robotica consente di tornare ad una vita quasi normale anche dopo traumi e patologie molto invalidanti quali patologie neurologiche come ictus cerebrali.
L’utilizzo dei “Robot” fisioterapisti ha aperto infatti una nuova strada nel trattamento della disabilità permanente e temporanea. Parliamo soprattutto di esoscheletri ed altri sistemi robotici per la rieducazione degli arti inferiori e superiori. Diversi dispositivi sono già in commercio ma visti i costi, almeno per il momento, possono essere acquistati solo da ospedali e cliniche specializzate.

L’esoscheletro è una struttura indossabile capace di sostenerci e farci camminare grazie a motori posizionati nelle articolazioni delle anche e delle ginocchia. Le sue origini sono da ricercare nell’ambito militare e dell’emergenza sociale, con sistemi usati per aumentare la forza e la resistenza dell’uomo in condizioni avverse. I motori dell’esoscheletro sono comandati da un programma che muove le gambe come una camminata umana. La persona controlla il movimento con piccoli spostamenti del suo baricentro. I benefici sono molti, infatti l’uso dell’esoscheletro migliora tra l’altro il funzionamento cardiovascolare, la respirazione, il funzionamento dell’intestino e della vescica e riduce le lesioni da decubito. Le difficoltà sono nell’abituarsi a coordinare i movimenti, trovare il centro di gravità e seguire i movimenti della macchina.
Inoltre la ricerca sta mettendo a punto sistemi sempre più semplici per il paziente ed anche più leggeri sia nel senso dei costi che nel senso di massa vera e propria del sistema che per ora si aggira intorno ai 20 kg con un ingombro abbastanza elevato. Questi apparati al momento vengono usati nella riabilitazione neurologica post-ictus e nelle mielo-lesioni, ma in futuro potranno
essere utilizzati nelle più diverse situazioni sia sociali che mediche.

Passi avanti sono stati fatti anche nella riabilitazione robotica degli arti superiori. Sono attualmente in fase sperimentale alcuni prototipi di guanto robot che consentono alle persone colpite da ictus di recuperare la funzionalità della mano. Il guanto robotico è un dispositivo in grado di aumentare la forza e la resistenza di chi lo indossa o di restituire l’uso della mano dopo un incidente o una malattia e la forza a chi non è più giovanissimo. Il guanto robotico funziona come un piccolo esoscheletro: si indossa proprio come un guanto normale e sostiene la mano dall’esterno, consentendo di recuperare la piena funzionalità dell’arto.

Un esempio in commercio è quello di un guanto dotato di sensori –  motori e tendini artificiali, compensa la forza mancante nella mano e restituisce sensazioni tattili ed energia. Sulle estremità del guanto, all’altezza dei polpastrelli di pollice, medio e anulare, sono installati dei sensori di tocco che servono per stabilire un contatto con l’ambiente esterno. È inoltre collegato a una centralina, alloggiata in un marsupio, che si può indossare come una cintura o come uno zaino. A seconda della pressione esercitata dal guanto sull’oggetto, la centralina fornisce la forza necessaria per afferrarlo o sollevarlo.

Altro esempio è un guanto robotico che aiuta le persone colpite da ictus a recuperare l’uso della mano. Grazie ad alcuni sensori, posti al livello del polso e delle dita, il guanto robotico interagisce con un computer che a sua volta, tramite un software, sollecita il paziente a svolgere una serie di esercizi scelti dal terapista. È formato da due moduli in titanio per la mobilizzazione del pollice e dell’indice. consente di afferrare oggetti piccoli e sottili come una penna, una moneta o una carta di credito e reintrodurre quindi funzionalità ormai perse dal paziente.

Robot sedia a rotelle

Altro dispositivo in studio è una carrozzina robot che adattandosi alle caratteristiche fisiche di chi la utilizza permette a pazienti neurologici e non di riassaporare la posizione eretta e quindi riattivare tutto il sistema fisiologico che ne è alla base con benefici sistemici dell’organismo.
Tutto ciò si attua grazie alla base mobile costituita da sei ruote e due meccanismi laterali che consentono di sollevare in posizione eretta il paziente direttamente dalla carrozzina stessa riducendo così i rischi di caduta. La carrozzina ha 3 interfacce meccaniche di cui una femorale, una tibiale ed una addominale. Si ricarica come un cellulare ed ha una batteria che dura tra le 4 e le 6 ore.
Tale apparecchio robotico fa sì che il paziente possa effettuare attività che necessitano della stazione eretta, come, cucinare, arrivare ad un pensile alto, guardare fuori dalla finestra o più semplicemente stare in piedi a chiacchierare con colleghi o familiari a tu per tu.

Bracci manipolatori per disabili fisici

Mano robotica. La ricerca sulla mano robotica ha compiuto notevoli progressi negli ultimi anni. L’obiettivo è quello di realizzare protesi di mano sempre più sofisticate con caratteristiche sempre più vicine a quelle degli arti umani. Un prototipo di mano robotica tutto italiano ha consentito di realizzare una mano robotica capace di “comunicare” sensazioni tattili a chi la indossa.
Un arto bionico che si integra con i muscoli e il sistema nervoso dell’individuo riesce così a trasformare la propria volontà in movimento, proprio come se si trattasse di una mano vera. Il risultato oggi è una protesi che potrà essere impiantata senza passare per la sala operatoria. Tre motori elettrici e il pollice opponibile consentono di afferrare agevolmente una gran varietà di oggetti.

Altro progetto, invece, è quello di una mano più economica che promette di costare il 30% in meno rispetto alle altre ed è più leggera, si impianta senza intervento chirurgico e restituisce a chi la indossa il 90% della funzionalità dell’arto. Questo dispositivo robotico si indossa in pochi secondi come se fosse un guanto, e sfruttando i segnali bioelettrici dei muscoli li traduce in movimento. In questo modo viene riprodotto il funzionamento di una mano vera con le dita che si piegano e il pollice che può assumere tre posizioni diverse.

Per quanto riguarda l’arto inferiore la scienza ha costruito protesi robotiche come la gamba bionica. Questa è un arto robot che consente alle persone amputate di camminare nuovamente senza l’ aiuto delle stampelle.I progressi compiuti dalla ricerca negli ultimi anni sono stati notevoli e suggeriscono una previsione tutt’altro che azzardata: grazie alla gamba bionica la perdita di un arto inferiore non sarà più invalidante come in passato.
Un passo avanti, sempre in questo campo è la gamba bionica che si comanda col pensiero.

Nel 2012 Zac Vawter, 31enne americano rimasto senza una gamba dopo un incidente in moto, col suo arto robot è salito in cima alla Willis Tower di Chicago, il secondo grattacielo più alto degli Stati Uniti. Ci è riuscito grazie a una protesi che risponde ai comandi cerebrali trasformando gli input in movimenti. La gamba robotica testata da Zac garantisce una falcata fluida e ritmica come quella di una gamba vera, con una percentuale di errore dell’1,8% contro il 12,9% delle protesi tradizionali.

Anche l’Italia è all’avanguardia nella sperimentazione degli arti robot attraverso un prototipo di gambe bioniche simile per certi versi ad un esoscheletro, è formato da due sistemi robotici leggeri: una protesi trans-femorale motorizzata che permette di camminare, salire e scendere le scale e un tutore del bacino per facilitare il movimento dell’anca. Destinata principalmente a chi ha subìto amputazioni sopra al ginocchio e ad anziani con deficit motori.

Robotica umanoide IA

Tra i campi di ricerca più interessanti della robotica, si colloca la robotica umanoide che mira tendenzialmente a riprodurre dei robot dotati di intelligenza artificiale IA e dalle sembianze umane con testa torso ed arti, ma anche con organi visivi ed uditivi in grado di rispondere agli stimoli ambientali e che mirano a riprodurre le nostre abilità fisiche ed i nostri processi cognitivi.
Un robot umanoide è la riproduzione o il tentativo di riprodurre un essere umano, per far sì che sia capace di attività simili a quelle che noi svolgiamo quotidianamente. Cosa può fare e cosa potrà fare per noi un robot umanoide? Grazie agli umanoidi la robotica promette di poter dare in futuro risposte ad alcuni problemi sociali, come quelli legati all’ invecchiamento della popolazione. È molto probabile che un robot umanoide nei prossimi anni trovi posto nelle nostre case, tra i robot domestici per esempio come badante robot.

La domanda a questo punto potrebbe essere: ma è necessario realizzare robot che imitano la morfologia umana? Sono almeno un paio le ragioni per cui si pensa che molti robot in futuro saranno umanoidi. In primo luogo perché ci sarà più facile rapportarci a macchine che ci assomigliano e si muovono esattamente come noi. Il secondo è legato al fatto che i robot “vivranno” in ambienti creati per essere utilizzati da esseri umani. Aprire e chiudere un rubinetto sarà più facile per un robot umanoide dotato come noi di braccia e di mani. Così come sarà più facile per lui salire una rampa di scale per raggiungere il piano superiore della nostra abitazione, essendo come noi dotato di gambe.

La nazione in assoluto al primo posto in questo settore è rappresentata dal Giappone, con Hiroshi Ishiguro, dove già da circa quindici anni si lavora al robot umanoide più avanzato al mondo si chiama Asimo ed è in grado di replicare i nostri movimenti e di rispondere ai comandi vocali attraverso sensori, servomotori e video camere. Per avere macchine più sofisticate ci vorranno ancora molti anni. E fino ad allora ci dovremo accontentare di macchine più semplici come i social robot che rispondono e reagiscono con noi ma senza una vera e propria utilità funzionale.

Roboetica

Secondo il principio etico che non tutto ciò che è tecnicamente possibile è moralmente accettabile, crediamo che questo debba essere il fine di una giusta ricerca che sia per l’uomo e che non rischi di poter diventare in un futuro non lontano contro l’uomo.

È per queste ragioni che l’avvento del robot umanoide e dell’intelligenza artificiale, comportano necessariamente una regolamentazione etica in questa branca della ricerca. La roboetica pertanto può esser definita come l’etica applicata alla programmazione e realizzazione di robot. Il capitolo del robot umanoide e della conseguente IA apre necessariamente nuove problematiche di tipo etico legate non più soltanto al rapporto corpo (robot,) e cervello (IA), ma anche alla loro interconnessione essendo fondamentale l’orchestrazione tra i due dove il corpo non potrà mai prendere la supremazia sul cervello e questi dovrà sempre essere sotto il controllo dell’uomo, per arrivare infine al confine, così come dovrà essere ben definito, tra automazione che è intrinseca al robot ed autonomia che è propria dell’uomo.

L’espressione “intelligenza artificiale” è stata coniata nel 1956 dal matematico americano John McCarthy e fin da allora agli scienziati si è posto il problema di riflettere intorno alla questione sull’ intelligenza delle macchine. Numerosi sono gli interrogativi che si pongono con l’avvento di robot umanoidi sempre più perfezionati e che in via teorica ed in un futuro prossimo, se non regolamentati secondo leggi e direttive ben precise, potrebbero prendere teoricamente il sopravvento sull’uomo.
Isaac Asimov scrittore russo fu il primo che nel 1942 affrontò questa problematica pubblicando tre leggi ancor oggi geniali nella loro intuizione:

Un robot non può recar danno ad un essere umano né può permettere che a causa del proprio mancato intervento un essere umano riceva danno.
Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani purché tali ordini non contravvengano alla prima legge.
Un robot deve proteggere la propria esistenza purché questo non contrasti con la prima e la seconda legge.

Questi principi ideati più di 75 anni fa sono stati precursori di quanto Papa Francesco ha affermato nel corso di un recente incontro sulla roboetica dove dice:

Attenzione all’intelligenza artificiale: un espressione certamente di moda, di effetto, ma i termini occultano la realtà, cioè che gli automatismi funzionali rimangono qualitativamente distanti dalle prerogative umane del sapere e dell’agire. E pertanto possono diventare socialmente pericolosi. È del resto già reale il rischio che l’uomo venga tecnologizzato, invece che la tecnica umanizzata: a −  cosiddette macchine intelligenti − vengono frettolosamente attribuite capacità che sono propriamente umane

Termino su queste significative parole del Santo Padre cariche di moniti e che lasciano in ognuno di noi degli spunti di riflessione e di meditazione.

(*) Vice Presidente Nazionale Associazione Nazionale Medici Cattolici (AMCI) per il Centro
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