Riparazione di esoscheletri

Gli esoscheletri sono dispositivi indossabili che migliorano o assistono il movimento umano attraverso l'interazione meccanica. Servono a vari scopi, tra cui medico (riabilitazione e assistenza), professionale (riduzione degli infortuni e miglioramento delle prestazioni) e ricreativo (supporto alle attività). Gli esoscheletri possono anche essere classificati in base alla parte del corpo o alla funzione, alla struttura (rigida o morbida) e ad altre caratteristiche.

I primi esoscheletri inventati da Nicholas Yagin.

I primi dispositivi indossabili che potrebbero essere considerati esoscheletri secondo gli standard moderni furono sviluppati tra la metà e la fine del XIX e il XX secolo, prima che il termine "esoscheletro" venisse coniato. Molti di questi primi dispositivi esoscheletrici venivano chiamati tutori, supporti, contapassi o apparati. Erano progettati per migliorare la postura, la mobilità e altre attività fisiche, tuttavia la maggior parte di questi dispositivi esisteva solo come prototipo o concetto e non fu commercializzata né si diffuse ampiamente.

Uno dei primi esoscheletri indossabili fu un apparecchio rigido e passivo progettato dall'ingegnere russo Nicholas Yagin nel luglio del 1889. Il suo scopo era quello di migliorare la corsa, la camminata e il salto. Un altro esoscheletro sviluppato all'inizio del Novecento fu un esoscheletro morbido azionato a vapore creato dall'inventore statunitense Leslie Kelly. Questo esoscheletro mirava a migliorare la capacità di corsa di chi lo indossava trasmettendo energia meccanica a legamenti artificiali che correvano parallelamente ai muscoli.

Lo sviluppo della tecnologia degli esoscheletri è proseguito per tutta la metà del XX secolo, introducendo nuove possibilità e sfide nello sviluppo di tecnologie assistive indossabili sia per il potenziamento che per la riabilitazione. Uno dei successi più importanti nel campo delle tecnologie degli esoscheletri in questo periodo è stata la comparsa degli stabilizzatori per telecamere indossabili. Tuttavia, poiché all'epoca la commercializzazione degli esoscheletri era ancora scarsa o inesistente, la tecnologia si è sviluppata in gran parte come categoria a sé stante, per poi raggiungere un'ampia diffusione negli anni '70.

Schema che mostra un operatore umano nel prototipo Hardiman I.

Durante questo periodo, si stavano prendendo in considerazione anche applicazioni militari per la tecnologia degli esoscheletri. Nel 1951, il Ballistics Research Laboratory (BRL) dell'esercito degli Stati Uniti avviò una ricerca su un esoscheletro motorizzato progettato per assistere i soldati. Nel 1963, il ricercatore del BRL S. Zaroodny presentò una proposta per un prototipo di esoscheletro. Tuttavia, non è certo se il prototipo sia mai stato effettivamente realizzato a causa delle difficoltà ingegneristiche associate al suo sviluppo.

Negli anni '60, le Forze Armate degli Stati Uniti e la General Electric svilupparono congiuntamente un altro progetto di esoscheletro chiamato Hardiman I. Questo esoscheletro era alimentato da un sistema servoassistito idromeccanico bilaterale che amplificava la forza di chi lo indossava di un fattore 25. Ciò significava che sollevare un oggetto di 110 kg (240 libbre) sarebbe sembrato più vicino a 4,5 kg (10 libbre), e poteva sollevare oggetti fino a 340 kg (750 libbre). Hardiman I aveva anche una funzione chiamata feedback di forza, che permetteva all'utente di percepire la forza e gli oggetti manipolati. Tuttavia, Hardiman I presentava diverse limitazioni di progettazione che portarono al fallimento complessivo del progetto. Qualsiasi tentativo di utilizzare l'esoscheletro completo si traduceva in movimenti violenti e incontrollati, il che rese i ricercatori riluttanti ad accendere la macchina con un operatore umano al suo interno. Oltre alle complicazioni operative, l'Hardiman I pesava 680 kg (1.500 libbre) e il sistema di feedback di forza non funzionava come previsto, causando la distruzione di qualsiasi oggetto con cui interagisse.

Schema che mostra le caratteristiche di progettazione dell'esoscheletro Pitman.

La tecnologia degli esoscheletri continuò ad evolversi negli anni '80 e '90, fungendo da banco di prova e prototipi esplorativi. Un esoscheletro concettuale degno di nota fu il Pitman, sviluppato dal Los Alamos National Laboratory. Il Pitman era un'armatura motorizzata da 227 kg (500 libbre) destinata principalmente alla fanteria militare per conflitti a bassa intensità e operazioni antiterrorismo. Era caratterizzato da un'armatura composita in fibra di vetro e polimero ceramico e da sensori per la scansione cerebrale integrati nel casco che controllavano l'esoscheletro. Tuttavia, il Pitman non andò mai oltre la fase concettuale iniziale a causa della sua percepita complessità e impraticabilità all'epoca.

Nel campo della riabilitazione, sono stati compiuti progressi significativi nella tecnologia degli esoscheletri. Un esempio è l'esoscheletro Lifesuit, un dispositivo robotico di riabilitazione progettato per assistere le persone paralizzate nell'esecuzione di esercizi terapeutici volti a recuperare la mobilità e imparare a camminare. Mentre i primi Lifesuit erano inizialmente collegati tramite cavi, i modelli successivi gli hanno consentito di essere più portatili. Monty Reed, l'inventore della Lifesuit, li utilizzava per partecipare alle gare podistiche su strada.

A partire dal 2000, l’attenzione nel campo degli esoscheletri si è spostata e ampliata, in parte grazie ai significativi progressi compiuti nella progettazione, nella realizzazione e nell’adozione di queste tecnologie. L’enfasi sugli esoscheletri robotici a potenziamento totale del corpo, in grado di migliorare drasticamente le prestazioni di una persona, è diminuita a favore di modelli più piccoli e semplici destinati a usi specifici. Gli esoscheletri moderni fungono da strumenti indossabili e offrono vantaggi per compiti limitati, come il sostegno alla caviglia per i pazienti colpiti da ictus o il sostegno alla spalla per gli operai delle catene di montaggio.

L’inizio del XXI secolo ha visto anche l’emergere di nuove categorie di esoscheletri destinati a usi ricreativi, di ricerca e didattici. Tra questi figurano prodotti che assistono gli utenti nella camminata, nella corsa, nell’escursionismo e persino nello sci.

• Pagina di Wikipedia dedicata agli esoscheletri