Design unico a livello internazionale, SoftFoot Pro è pensato per esseri umani e robot umanoidi
Durante l’evento tecnico targato G7 Salute, organizzato dal Ministero della Salute in collaborazione con l’Istituto Italiano di Tecnologia, che si è tenuto a Genova in presenza del Ministro della Salute Orazio Schillaci, è stato mostrato per la prima volta il nuovo prototipo di piede artificiale, SoftFoot Pro, progettato dall’Unità Soft Robotics for Human Cooperation and Rehabilitation dell’Istituto Italiano di Tecnologia.
Nell’area espositiva allestita da IIT all’evento, il tester che ha collaborato con il team di ricerca ha fatto una dimostrazione pratica delle caratteristiche del nuovo dispositivo.
SoftFoot Pro è un prototipo unico a livello internazionale e intende collocarsi trasversalmente come protesi tecnologica per le persone con disabilità e come soluzione all’avanguardia per i robot umanoidi del futuro. Diversi aspetti del suo design hanno ottenuto due brevetti internazionali e un terzo brevetto è in fase di valutazione da parte dell’ufficio brevetti Europeo.
“Osservando camminare le persone con protesi di piede e i robot umanoidi nei nostri laboratori, abbiamo notato un incedere poco fluido dovuto anche alla caratteristica pianta piatta e rigida dei piedi di entrambi, sviluppati per garantire massimo appoggio, ma incapaci di adattarsi al variare della pendenza, della conformazione del terreno e alle diverse pose come inginocchiarsi o piegarsi” spiega Manuel G. Catalano, ricercatore presso il Laboratorio SoftBots di IIT.
Da qui l’idea del team Softbots di IIT, coordinato da Antonio Bicchi, di sviluppare, in collaborazione con il Centro E. Piaggio dell’Università di Pisa, SoftFoot Pro, un piede protesico senza motori, ispirato all’anatomia del piede degli esseri umani, caratterizzato da una particolare struttura in grado di deformarsi e adattarsi autonomamente agli ostacoli e ai diversi tipi di superficie, per far fronte alle esigenze della vita di tutti i giorni, migliorando la naturalezza del passo e la stabilità del soggetto anche su superfici non perfettamente lisce.
SoftFoot Pro è composto da un meccanismo ad arco in titanio, le cui estremità sono collegate da 5 catene di materiale plastico ad alta resistenza disposte in parallelo tra loro a simulare la struttura ossea dei piedi degli esseri umani, attraversate longitudinalmente da un cavo ad alte performance meccaniche, raccordate a livello del tallone. Ogni catena è caratterizzata da più moduli collegati gli uni agli altri da una coppia di elastici.
Caratteristica peculiare di SoftFoot Pro sono le componenti elastiche che uniscono il corrispettivo artificiale di tarso, metatarso e falangi, costituendo l’equivalente della fascia plantare del piede degli esseri umani. Questa specifica architettura permette di replicare il meccanismo di windlass, cioè il meccanismo “verricello” che permette, attraverso un progressivo irrigidimento della fascia plantare, di scaricare uniformemente sul terreno la forza applicata durante il passo. Questo aspetto risulta fondamentale per la deambulazione di chi indossa SoftFoot Pro, perché concorre a rendere più efficiente la propulsione in avanti durante il passo, restituendo energia durante l’ultima fase dell’appoggio, con l’avampiede in contatto con il terreno. Allo stesso tempo gli elastici permettono anche di ammortizzare l’impatto del piede con il terreno, assorbendo all’incirca fra il 10% e il 50% del ciclo del passo.
Inoltre, la libertà di movimento degli elementi distali che compongono ogni catena a mo’ di falange, permette di aumentare la presa al variare della pendenza del terreno, aumentando la sicurezza percepita da chi indossa Soft Foot Pro in salita e in discesa.
Infine, i movimenti di inarcamento della pianta del piede e del dorso del piede, uniti alla flessibilità delle dita, riproducono perfettamente pose naturali assunte dai piedi e consentono di compiere semplici gesti di vita quotidiana come salire e scendere le scale, chinarsi ad allacciarsi la scarpa o raccogliere qualcosa da terra, con maggior naturalezza rispetto alle soluzioni esistenti, senza perdere l’equilibrio e senza dover ricorrere a soluzioni alternative meno spontanee come il cambio di protesi esplicitamente concepite per specifiche attività.
L’insieme di queste caratteristiche consente anche la riduzione dei meccanismi di compensazione nell’arto protesizzato residuo e nel controlaterale sano, con un’associata diminuzione della fatica durante la camminata.
SoftFoot Pro è completamente water proof, garantendo quindi massima performance anche nei contesti ricreativi all’aperto come prati, spiagge e su terreni sdrucciolevoli dove comunemente è più difficile mantenere l’equilibrio per coloro che indossano protesi. Pesa circa 450 grammi e può sopportare capacità di carico fino ai 100 chili.
Diversi prototipi di SoftFoot Pro sono già stati testati da persone con amputazioni monolaterali di arto inferiore all’interno di collaborazioni internazionali con l’Hannover Medical School (MHH, Hannvoer, Germania) e con la Medical University of Vienna (MUV, Vienna, Austria), nell’ambito di diversi progetti Europei ed in particolare del progetto europeo ERC Synergy: Natural Bionics.
“Ad oggi il dispositivo è in fase di test in laboratorio e in contesti realistici, per valutarne le performance e i possibili sviluppi futuri. – conclude Manuel Catalano, ricercatore IIT – Stiamo lavorando all’ottimizzazione di peso, dimensioni ed efficienza energetica e all’introduzione di motori appositamente progettati per migliorare ulteriormente la fluidità della camminata, sia nelle applicazioni protesiche che in quelle dei robot umanoidi attualmente in fase di studio presso i laboratori di IIT”.
“Testando SoftFoot Pro ho avuto la sorprendente sensazione di riuscire nuovamente a fare i movimenti con naturalezza come prima dell’incidente – spiega Flavio Gaggero, tester di SoftFoot Pro – Dopo dieci anni ho visto le dite del piede piegarsi e grazie a questa caratteristica, quando incontro un dislivello o degli ostacoli, riesco a superarli senza sovraccaricare la gamba non amputata che spesso dovevo far lavorare il doppio”.
