Wearable Robotics Laboratory

Nei prossimi anni, i paesi industrializzati dovranno affrontare la sfida dell’invecchiamento della popolazione e, di conseguenza, il miglioramento della qualità della vita degli anziani. Si prevede che, nei prossimi quarant’anni, circa il 35% della popolazione europea avrà più di 60 anni, evidenziando l’urgenza di individuare soluzioni che consentano agli anziani di rimanere attivi, creativi, produttivi e indipendenti.

Le patologie che colpiscono la deambulazione e la funzionalità degli arti superiori sono tra le più diffuse e debilitanti nella popolazione anziana, determinando una significativa riduzione della qualità della vita e un aumento della mortalità.

In questo contesto, il Wearable Robotics Laboratory si pone l’obiettivo di progettare, sviluppare e testare robot indossabili innovativi – esoscheletri e protesi attive – per assistere, riabilitare o migliorare specifici movimenti.

I nostri robot

SHAJA, un’ortesi attiva unilaterale di anca

SHAJA è un’ortesi pelvica attiva concepita per assistere e riabilitare le funzioni locomotorie in individui con compromissioni agli arti inferiori di grado lieve o moderato. SHAJA è un esoscheletro unilaterale attivo di anca, completamente portatile, progettato per fornire assistenza unilaterale personalizzata per i movimenti di flessione/estensione dell'anca in individui con locomozione asimmetrica e/o deficit di flessione/estensione unilaterale lievi o moderati. Lo scopo principale di SHAJA è quello di assistere, riabilitare e supportare la funzionalità biomeccanica dell'articolazione dell'anca durante una serie di compiti locomotori, tra cui camminare su superfici piane e inclinate, salire/scendere le scale e passare dalla posizione seduta a quella eretta e viceversa. SHAJA è un dispositivo autonomo, compatto e completamente portatile, poiché l'elettronica di controllo e la batteria che alimentano il sistema sono incorporate nello zaino posteriore di piccole dimensioni. Il dispositivo ha un peso inferiore ai 3 kg, con la maggior parte di questo peso distribuito strategicamente attorno al centro di massa per minimizzare gli effetti inerziali

AKO, un’ortesi attiva di ginocchio

AKO è un'ortesi motorizzata indossabile progettata per assistere la flessione/estensione del ginocchio nelle attività legate alla locomozione. AKO II è un dispositivo autonomo che combina un attuatore meccatronico e uno zaino contenente l'elettronica e la batteria. L'attuatore meccatronico è basato su un'architettura SEA (Series-Elastic Actuator) con una molla torsionale personalizzata ed è posizionato a livello del ginocchio tramite un tutore commerciale integrato. Lo zaino con l’elettronica è collocato sulla parte bassa della schiena e scarica il peso sulle creste iliache posteriori grazie a una piastra personalizzata. È stabilizzato sul bacino mediante una cintura pelvica e fasce in Velcro. L'attuatore è collegato allo zaino tramite un cavo personalizzato, disponibile in diverse lunghezze per adattarsi alle diverse antropometrie degli utilizzatori.

Protesi attive per l’assistenza al cammino

Nell’ambito del progetto MOTU++, promosso e in collaborazione con il Centro Protesi Inail, sono state sviluppate due tipologie di protesi attive di ginocchio e caviglia-piede. Entrambe le protesi utilizzano l'architettura SEA (Series-Elastic Actuator) per garantire alte prestazioni e un supporto efficace durante la deambulazione. La protesi di ginocchio integra una molla torsionale in serie al motore per fornire coppia assistiva ottimale, mentre quella di caviglia-piede combina una molla torsionale unidirezionale con un SEA torsionale per immagazzinare energia e supportare la propulsione del piede. Entrambe le soluzioni sono compatte, leggere e dotate di sensori che, grazie ad algoritmi intelligenti, permettono di adattare l’assistenza alle diverse fasi del cammino e alle attività quotidiane.

Esoscheletro attivo per il recupero funzionale della mano

L’esoscheletro attivo per la mano è stato ideato per la riabilitazione di mani che hanno subito eventi traumatici con il fine ultimo di garantire un recupero funzionale della mano infortunata, nell’ambito del progetto HABILIS++ promosso e in collaborazione con il Centro di Riabilitazione Motoria Inail di Volterra. L’esoscheletro è stato progettato per assistere le articolazioni metacarpo-falangee (MCP) del pollice e dell'indice nei movimenti di flessione ed estensione, lasciando il pollice libero o bloccato nei movimenti di adduzione-abduzione e circonduzione. Le unità di attuazione si basano su un'architettura a elasticità in serie (SEA). Le catene di trasmissione includono meccanismi auto-allineanti per evitare forze parassite indesiderate sul sistema muscolo-scheletrico dell’utilizzatore. Il dispositivo è leggero e può generare una coppia assistiva sull'articolazione MCP tale da movimentare il giunto senza arrecare danno allo stesso. Inoltre, la catena bloccabile del pollice consente di ottenere diverse configurazioni mentre assiste il movimento di flessione/estensione.

NEUROExos, un esoscheletro per la riabilitazione di spalla e gomito

NEUROExos è un esoscheletro per la riabilitazione del braccio in pazienti colpiti da ictus (Progetto H2020 ReHyb). NEUROExos risponde a diversi requisiti di alto livello: indossabile, range di movimento, gradi di libertà passivi per permettere il movimento, controllabilità in posizione e coppia. Inoltre il robot implementa diverse funzionalità, come la possibilità di eseguire teleriabilitazione, un sistema di ritorno aptico e un’interfaccia grafica, atte ad aumentare i risultati della riabilitazione. Ciascun grado di libertà attivo contiene un molla torsionale per realizzare un Series-Elastic Actuator: tre gradi di libertà attivi con assi mutuamente perpendicolari si intersecano nel centro della spalla, permettendo di assistere i movimenti di flesso/estensione, addo/abduzione e intra/extra rotazione della spalla; il quarto grado di libertà attivo è localizzato sul gomito e ne permette la flesso/estensione.

GraCE, un esoscheletro portatile per l’assistenza di spalla e gomito

GraCE è un esoscheletro che nasce come il frutto dei progetti di ricerca BioARM e BioARMnext, promossi e in collaborazione con il Centro Protesi Inail. L’esoscheletro è completamente portatile e permette di assistere i movimenti della spalla e del gomito del proprio utilizzatore. L'esoscheletro è stato progettato per assistere i movimenti di soggetti con disordini motori dell'arto superiore, come coloro che hanno subito un ictus o una lesione del plesso brachiale. A livello della spalla, l’esoscheletro fornisce una compensazione parziale della gravità del braccio, stabilizzando il movimento e permettendo all’utilizzatore di sfruttare al meglio le proprie capacità residue per eseguire movimenti funzionali. A livello del gomito, l’esoscheletro integra un attuatore in grado di assistere attivamente il movimento dell’articolazione, implementando strategie di controllo che si adattano all’utilizzatore e alla sua mobilità residua.

PETE, un esoscheletro di gomito per feedback aptico

PETE è un esoscheletro che nasce all’interno del progetto H2020 CONBOTS. L’esoscheletro è leggero e progettato per fornire assistenza al gomito sotto forma di feedback aptico, attraverso un gruppo di attuazione basato su tecnologia Series-Elastic Actuator (SEA). Due repliche dell’esoscheletro possono essere messe in comunicazione tra di loro in modo tale da permettere di studiare le interazioni fisiche tra persone mediate dall’utilizzo di un esoscheletro e implementare strategie di controllo basate sul paradigma teacher-learner.