Appunti e schemi di Tecnologie per la bioingegneria

Tecnologie per la Biorobotica

Disp. 01

Biorobotica e Bionica

1969 ➔ Nascita primi robot per l’industria

Molti operai sono sostituiti o si allontanano,

occupandosi di manutenzione. Inoltre, per

l’assenza di sensori, i robot sono pericolosi.

Anni '80 ➔ Robotica del senso (Hydear) e

Manuale

Anni '90 e primi 2000 ➔ Primi robot in

ambito medico

Ispirazione vera natura (Galeno)

Biorobotica

Nascita di

Neuroscienze

Bionica ➔ Scienza che si occupa di

Organi difens o inamibal

Decisione Aspettative

Nel 100% impianti con organi meccanici impiantabili

Soft Robot: Case eliminare strutture

rigide e implementare polmoni fluide

tempo di preso

Fasi di Realizzazione di un Prodotto

1. Progettazione: analisi dei bisogni + focus group di medici e parenti interessati
2. Development: idee componenti hardware/software ➔ schemi base di
3. Esegue bel metodo
4. Esegue preparazione

➔➔ In caso di problemi, proseguire con il loop

➔ Passi al procedimento

Tecnica: Test su componenti:

Clinica: Test su pazienti in ambito medico

1. Brevetto: Proprietà intellettuale
2. Certificazione CE ➔ permette la vendita europea

IDE

dell’Ingegneria Biorobotica

Agenda 2030: 17 Goals entro il 2030, tra cui:

• Salute Personale ed al
• Soluzioni per malatti croniche o danni
• Traumatismi da incidenti
• Produzione di Bioenergia
• Idee per produrre cibo e acqua
• Salute globale

Sviluppo Sostenibile

• Crescita economica
• Inclusione Sociale
• Tutela Ambientale

• Pace
• Persone
• Partnership
• Pianeta
• Prosperità

Scopo: Assicurare Salute e Benessere per Tutti

• Malattie croniche (sistemi per diagnosi / trattamento)
• Malattie materno-infantili (test screening → terapie)
• Epidemie (robot nei luoghi affetti, droni per farmaci)

Bioetica e Biomeccanica: Futuro

• Alimentazione
• Meccanismo
• Sensori
• Controllo
• Situazione

• Smart Material
• Materiali Robotici
• Robot Companions

Metodi di Fabbricazione e Etica

• Fab-Lab
• Crowd-Funding
• Nature Capital Fund
• Business Angel

Dispositivi Affidabili

Scopi Non Negativi

Potenzialità per Costruire Società Migliore

Evoluzione e Futuro della Medicina

• Medicina Anticipativa → Problem Solving
• Medicina Empirica → Probabilità
• Medicina di Precisione → Peer-reviewed

Impatto tecnologico sopra riabilitazione

Evento Traumatico

Strumentazione Riabilitativa Avanzata

Robot con stimoli sensoriali

Movimento, quindi Rilassamento muscolare

Prestazioni migliorano → Aumento soglia di difficoltà

Fusione neuroprotesi dei poli rotatori e cognitivi

Medicina Riabilitativa:

• Genetica
• Ingegneria
• Robotica e Biomarker
• Wearables

Storia della Riabilitazione

• Romani → Anteropini → Ginnastica Medica
• 800: Prime macchine automatiche:
  • 1350: orologio
  • 1589: la macchina tessile
  • 1738: Anatra meccanica (automata Jacques de Vaucanson)
• 16esimo secolo: Prima Protesi di Mano (Ambroise Paré)
• 1956: 1° braccio Robotico Industriale
• 1967: CYBEX I
• 1971: esoscheletri ospedalieri
• 1993: WABOT-1:
  • Giappone, progettato con Intelligence Umana
  • 1° SCARA nel campo industriale (i.e. ABB)
• 1981 HITMAN:
  • Fusione di robotica e riabilitazione
  • Ritiro di attrezzi soft in Africa
  • Arma Guidae, arch supporti
• 1935: TreadMills
• 1953: LOKMAT
  • Sviluppo di Sprints (per il recupero degli arti inferiori)

Macroaree

1) Aspetti Clinici

• Autori dello studio
• Caratteristiche cliniche popolazione (inclusi, i.c. parkinson)
• Pazienti reclutati
• Timeline: A che P? Sono passivi? ≥ di 6 mesi? ... Difficilmente valutare questo durante osservazione
• Study design: Tipo di studio
  • Indagine clinica
  • Osservazione
• Case series (parkinson) (1 o 50 paziente)
• Studio di abilità
• Scopo della riabilitazione: Apprendimento/Assistenza?

2) Aspetti Tecnici

• Robot/dispositivo: Ambiente reale/virtuale “Ammunn” 2D/3D
• Modalità di interazione: Si muove il paziente o robot?
• Approccio “assisted as needed” o prodotti misti
• Tipo di assistenza: Feedback augmentativo che fornisce e/o fa ausiliario per potenziare su neuromplasticità del SNC
• Giochi e quanti sono “attivi/passivi”
• Feedback da piattaforma
• Dettagli tipo
  • Piattaforma fisso o mobile
  • Eventuali parametri
  • Sistemi di ammortamento

3) Aspetti Normativi

• CE Mark e quale classe
• Market
• Codice Ministero Salute

• Approvazioni

Definizione dei dispositivi medici

• Qualunque strumento [...] designato dal fabbricante ad essere impiegato sull'uomo, da solo o in combinazione, per:
  • Diagnosi, prevenzione, monitoraggio [...] di malattie/disabilità
  • Sviluppo, sostituzione, modifica di anatomia o processi fisiopatologici
  • Fornire info tramite esame in vitro dei campioni
• Che può essere coadiuvato da mezzi farmacologici, immunologici o metabolici e quindi NON interagano né eseguano azione principale cui lo strumento è destinato per corpo umano

1. Classi di Rischio

• I: Basso rischio (occhiali)
• IIa: Medio-Basso rischio (Centi a contatto)
• IIb: Medio-Alto rischio (Raggi X)
• III: Alto R rischio (Stent, valvole)

Dispositivi impiantabili attivi (pacemaker)

LEZ. 10 - 20/03/24 Disp. 05

SISTEMI END-EFFECTOR

A partire dal 2000, gli studi sull'ictus si sono incrementati notevolmente e soprattutto trial RCT.

Principalmente hanno effettuato una revisione con uno scopo: valutare gli effetti per il

miglioramento della funzione del braccio (Ictus). I risultati, da interpretarsi con cautela, mostrano un generale miglioramento delle attività di vita quotidiana.

PRIMI ROBOT - '80 - '90

Erano robot nati per essere industriali, adattati in seguito per la riabilitazione.

Non progettati per interagire con gli umani.

Puma 260 e il sistema MIME

Mirror Image Motion Enabler: mirror indica il concetto di master-slave.

E.E è parte del (braccio) robotico industriale.

• Spalla
• Gomito
• Polso
• 2 giunti rotativi + 1 per E.E., sono giunti per supinazione
• E.E. può essere sostituito (appoggio peso)
• Sensore di coppia-forza

ARM GUIDE

Struttura, con organizzazione regolabile, che permette di agganciare il braccio su un binario.

Tecniche attive (vol.) passive (rob.), attivo-passive (* rob.).

Le caratteristiche del robot:

• 1 cilindro alla base con modello aggiustabile
• Cinghia
• Encoder ottico, posizionatore su motore, e misura le posizioni indotte dai suoi movimenti
• Sensore di forza a 5 ASSI
• Cintura

Tale sistema è stato sperimentato su 3 soggetti usando 4 parametri:

• Reach
• Velocity
• Forze pluri asse
• Tono muscolare

Movimento -> forza per donare sulle stesse due direzioni

Quando il paz. riesce a muovere in autonomia il braccio.

* significa parzialmente sostituito.

Remare + girato come pattern (r): se ti lasci andare ti giri. Effettuare ripetitiva (che diminuisce) la resistenza.