ARMLAB. Gestione di un database di segnali clinico - sperimentali nella riabilitazione robotica dell’arto superiore

Prima di introdurre i principali sistemi oggi in commercio si ricorda la definizione di robot come: “Automa, apparecchio meccanico che, guidato da opportuni comandi, è capace di compiere gesti e funzioni tipiche dell'uomo, talvolta riproducendone l'aspetto. Ogni apparecchio automatico guidato da un elaboratore elettronico e destinato a sostituire l'opera dell'uomo in alcune attività industriali e in determinati settori della ricerca scientifica” [Dizionario Italiano Hoepli 2010]
In particolare il robot riabilitativo, che è di ausilio al terapista per potenziare l’effetto della riabilitazione, attraverso un insieme di sensori e attuatori governati da un intelligenza artificiale, deve interagire con l’ambiente circostante, somministrando al paziente una serie di esercizi e compiti specifici basati su una esperienza sensoriale - motoria.
Quattro sono i principali requisiti progettuali richiesti ai dispositivi di riabilitazione robotizzata dell’arto superiore, precisamente questi devono:
1. essere in grado di adattarsi alle disabilità del paziente le difficoltà del compito motorio
2. controbilanciare il peso dell’arto
3. fornire informazioni utili per la valutazione quantitativa del recupero motorio durante il corso del trattamento terapeutico (questo aspetto sarà approfondito nel capitolo successivo)
4. essere capaci di poter proporre compiti motori molto simili a movimenti funzionali.

Con riferimento alla rassegna dei principali dispositivi e soluzioni commerciali disponibili sul mercato si evidenziano le seguenti classificazioni. Una prima classificazione può essere fatta in base al numero di punti di contatto col paziente. Possiamo distinguere robot a singolo o doppio punto di contatto. I robot a singolo punto di contatto si collegano al paziente in un singolo punto nella parte bassa del braccio. Gli esercizi consistono nello spostare il braccio,e quindi il punto di contatto robot - paziente, nello spazio attraverso movimenti che in base alle circostanze possono avere diversi gradi di libertà. Ad esempio si può chiedere al paziente di muovere il braccio solo orizzontalmente o solo verticalmente.
L’intensità della forza con cui paziente e robot interagiscono può essere diversificata grazie ad uno schema di controllo basato sulla variazione di impedenze. L’uso di un singolo punto di contatto ha numerose limitazioni. Infatti tradizionalmente il terapista utilizza due punti di contatto, uno in prossimità del gomito e uno nella parte alta del braccio per evitare inappropriate forze di trazione sulla spalla con conseguente dolore. Inoltre la posizione di un singolo attuatore nelle vicinanze del gomito riduce l’angolo di rotazione del braccio limitando i possibili esercizi che si possono svolgere. Queste limitazioni hanno fatto pensare allo sviluppo di sistemi costituiti da una coppia di robot agenti pertanto in cooperazione su due punti di contatto rispettivamente sulla parte alta del braccio e in prossimità dell’articolazione del polso. Il numero di movimenti richiesti alla parte superiore del braccio è nettamente superiore a quelli richiesti all’articolazione del polso. Nonostante ciò non è conveniente usare due tipi diversi di robot nei due punti di contatto. Questo perché avere robot uguali meccanicamente riduce molto i costi sia in termini di progettazione, che di realizzazione. Inoltre con un’unica tipologia di robot è sufficiente un'unica interfaccia attraverso la quale l’operatore può interagire con entrambi i robot.
Una seconda classificazione dei robot può essere fatta in base al numero di gradi di libertà permessi durante l’esecuzione dell’esercizio. Maggiore è il numero di gradi li libertà maggiore sarà il numero di movimenti possibili. Questo per il paziente significa una maggiore liberà durante l’esecuzione dell’esercizio. D’altro canto un elevato numero di gradi di libertà richiede una maggiore attenzione da parte del terapista per evitare escursioni nel movimento che potrebbero compromettere l’efficacia della terapia riabilitativa o addirittura risultare dannose.