Dal Sant’Anna la pelle artificiale che sente come quella umana
Le potenzialità: una nuova generazione di robot ma anche protesi bioniche "intelligenti"
Calogero Oddo, professore associato di bioingegneria, ha guidato lo studio condotto dal Sant’Anna in tandem con un ateneo brasiliano
PISA. Stavolta gli scienziati della Scuola Sant’Anna di Pisa l’hanno proprio combinata grossa. Una équipe di studiosi ha messo a punto una pelle artificiale che riesce a localizzare il tocco con una precisione paragonabile a quella umana: può farlo in virtù di una rete neuronale bioispirata. Cioè che prende a modello quel che accade in natura: in questo caso, “copia” i meccanismi sensoriali del sistema nervoso. L’innovazione – viene spiegato dal quartier generale dell’istituto universitario d’eccellenza – si basa su «scoperte relative al funzionamento del sistema somatosensoriale». (qui il link al video su questa ricerca realizzato dai ricercatori per il canale Youtube della Scuola Sant’Anna)
Non è una curiosità accademica: pensate anche soltanto a quanto può essere fondamentale per lo sviluppo di “dispositivi indossabili intelligenti” o per protesi che possano essere in grado di restituire feedback realistici agli utenti e robot dal volto più o meno “umanizzato”. A chi chiede quali possano essere le potenziali applicazioni di questa tecnologia, il team della Scuola pisana risponde che sono molteplici: «Dalla robotica collaborativa (per garantire un’interazione sicura tra persone, ambienti e macchine) alle protesi bioniche (con lo sviluppo di nuove soluzioni di “feedback” sensoriale per persone con disabilità)».
Dietro questa pelle artificiale di nuova concezione – in grado di avvicinarsi molto alle caratteristiche morfologiche e alle funzionalità tattili della pelle umana – c’è il balzo in avanti compiuto grazie, da un lato, a sensori innovativi e, dall’altro, a algoritmi di intelligenza artificiale (che «si ispirano alle strutture neuronali che veicolano ed elaborano l’informazione tattile»).
Mariangela Filosa, ricercatrice della Scuola Sant’Anna di Pisa, prepara uno dei robot per lo studio da compiere
La tecnologia sviluppata dal Sant’Anna “ricopia” la sensibilità che ha la pelle umana. Non solo: riesce a “imitare” «anche la logica attraverso cui il cervello interpreta e localizza gli stimoli del tatto», dicono dall’istituto pisano. «Il cuore dell’innovazione è una pelle artificiale ad area larga dotata di sensori in fibra ottica, capaci – viene messo in evidenza – di rilevare in tempo reale pressioni e sfioramenti». Cos’è che rendere “intelligente” questa pelle? Gli studiosi lo spiegano così: «Un’architettura computazionale bioispirata per l’elaborazione dell’informazione tattile, una rete di neuroni “spiking” progettata per imitare i meccanismi del sistema nervoso umano».
A questo punto conviene ascoltare Mariangela Filosa, ricercatrice dell’Istituto di BioRobotica del Sant’Anna (e prima co-autrice dello studio), che spiega la rete neurale “spiking”: «È formata da due strati: il primo simula i “meccanocettori” umani di tipo 2 (a lento e rapido adattamento), il secondo riproduce una mappa “somatotopica” analoga a quella generata dai neuroni del nucleo cuneato, una regione chiave nella percezione tattile. Questo approccio consente alla pelle artificiale di identificare il punto di contatto e decodificare l’intensità dello stimolo».
Protagonista di questo studio è un gruppo di ricercatrici e ricercatori della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, coordinato da Calogero Oddo, professore associato di bioingegneria. Dalla collaborazione tra il Neuro-Robotic Touch Lab dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e l’Università Federale di Uberlandia (Brasile) ha preso le mosse questa ricerca che è stata pubblicato sulla rivista internazionale “Nature Machine Intelligence”: oltre a offrire un contributo fondamentale alla comprensione dei meccanismi del tatto umano, la ricerca apre nuove prospettive nei settori della bionica e della robotica collaborativa per lo sviluppo di dispositivi indossabili intelligenti, di protesi in grado di restituire informazioni sull’interazione tattile e di sensori che permettono ai robot di percepire l’ambiente circostante.
Una delle fasi della ricerca sulla pelle artificiale pubblicata da “Nature Machine Intelligence”
«La percezione del tatto – spiega Calogero Oddo – è una funzione essenziale per gli esseri umani: permette di riconoscere e localizzare stimoli fisici, di esplorare l’ambiente e di interagire in modo sicuro con il mondo esterno. Riprodurre artificialmente questo senso complesso è una delle sfide principali nella progettazione di robot collaborativi e di protesi bioniche».
«A partire dalla quarta rivoluzione industriale, – commenta Oddo – l’interazione tra persone e macchine è diventata un elemento chiave in molti settori della robotica. La possibilità di dotare i robot di un senso del tatto artificiale ispirato a quello umano fa sì che questa interazione avvenga in maniera sicura, intuitiva ed efficace, mitigando il rischio di infortuni per gli operatori e le operatrici». Ma il coordinatore dello studio mette anche l’accento su un altro aspetto: le prospettive nel settore della bionica. «Le tecnologie assistive e riabilitative d’avanguardia – afferma – saranno dotate di sensori tattili intelligenti per ripristinare o aumentare l’informazione tattile attraverso feedback realistici, cutanei o neurali».
L’ultima sottolineatura non riguarda la scienza bensì il “cuore”: è una dedica speciale. Il team di ricerca coordinato da Calogero Oddo – spiegano dal Sant’Anna – ha dedicato questo importante studio al compianto Francesco Ceccarelli, «stimato giornalista pubblico che per anni ha diretto l’ufficio stampa della Scuola Superiore Sant’Anna e ha avuto un ruolo fondamentale nella divulgazione della ricerca scientifica» (qui il link all’articolo in cui la Gazzetta Marittima ha reso omaggio a questo straordinario collega).
Francesco Ceccarelli, giornalista e divulgatore scientifico: si è speto pochi mesi fa, a lui è dedicata la ricerca del team del Sant’Anna
