Come riusciamo a camminare? Cosa c’entrano i robot?

È una delle attività più spontanee che impariamo durante la nostra vita: riusciamo a camminare di norma già entro il primo anno di vita, con tempi diversi per ognuno. Ma la camminata, per quanto possa sembrare un gesto banale, nasconde una complessa interazione tra sistema nervoso, sistema muscolo-scheletrico, fisiologia e molti altri fattori.

Come spesso accade, a volte impariamo meglio su noi stessi quando tentiamo di insegnare le nostre competenze ad altri. Quindi, oggi vorrei parlare di come i robot apprendono la camminata, e di come ancora una volta sia fondamentale un approccio olistico nella comprensione del movimento del corpo umano. Un approccio che per la chiropratica è un caposaldo.

Modello robotico che imita la camminata umana

Una recente svolta nella robotica vorrebbe emulare l’andatura umana con precisione senza precedenti. Sulla rivista PLoS Computational Biology è apparso il 19 gennaio 2024 un articolo che segna un passo in avanti nella ricerca in questo senso. Il team di ricerca è quello dell’Università di Tohoku; i ricercatori hanno sviluppato un modello robotico che imita la camminata umana in variabilità di velocità. 

Questo modello, ispirato alla complessità del sistema muscolare e nervoso umano, è alimentato da un sistema di controllo avanzato che simula il funzionamento dei riflessi umani, spingendo i confini della nostra comprensione sulla locomozione umana.

Come funziona la locomozione umana

La locomozione umana, o camminata, è un processo complesso che coinvolge molti sistemi del corpo che lavorano insieme in modo coordinato. Può essere suddivisa in varie fasi:

1) Fase di appoggio: inizia quando il piede tocca il suolo e termina quando il piede stesso si solleva da terra. Si divide ulteriormente in sottofasi come il contatto iniziale, l’appoggio medio, e la spinta.

2) Fase di oscillazione: comincia quando il piede si solleva da terra e termina quando il piede tocca nuovamente il suolo. Questa fase permette al piede di muoversi in avanti e prepararsi per il prossimo passo.

Nella camminata sono coinvolti il sistema muscoloscheletrico e quello nervoso. Il cervello e il midollo spinale inviano segnali ai muscoli, coordinando la sequenza di movimenti necessari per la camminata. I riflessi e i segnali sensoriali aiutano a mantenere l’equilibrio e ad adattare il movimento a varie superfici.

Ci sono poi dei meccanismi di controllo motorio, con dei pattern di attivazione muscolare che sono coordinati in modo da produrre movimenti fluidi e efficaci.

Meccanismi meno immediati

Non dimentichiamo che durante la camminata, il peso del corpo viene trasferito da un piede all’altro, richiedendo controllo dell’equilibrio e forza.

L’efficienza energetica è ottimizzata attraverso la biomeccanica del passo, che comprende l’ampiezza del passo e la velocità. Poi, la capacità di adattarsi a diversi terreni è fondamentale. Quando camminiamo attuiamo dei micro-cambiamenti nella lunghezza del passo, nella velocità e nella forza di appoggio in risposta a diversi ambienti.

Un ruolo importantissimo viene svolto dal sistema vestibolare e dalla propriocezione. Il primo contribuisce all’equilibrio e all’orientamento spaziale, fornendo informazioni cruciali sul movimento e sulla posizione del corpo nello spazio.

Invece la propriocezione è la consapevolezza della posizione e del movimento del corpo, che aiuta a regolare la forza e il timing dei movimenti muscolari per la camminata.

Feedback sensoriale

La sensazione tattile dai piedi, la vista, e l’udito contribuiscono a navigare nell’ambiente e ad adattare la camminata a vari ostacoli e superfici.

In sintesi, la locomozione umana è il risultato di un’interazione complessa tra sistemi biomeccanici, neurologici e sensoriali. La ricerca continua a svelare i dettagli di queste interazioni, portando a miglioramenti nei dispositivi assistivi come protesi ed esoscheletri, nonché a una migliore comprensione dei disturbi della locomozione.

Il fulcro dell’articolo di cui abbiamo parlato finora è stato proprio l’uso di un algoritmo all’avanguardia che massimizza l’efficienza energetica a diverse velocità di camminata, promettendo miglioramenti significativi nei robot bipedi, negli arti protesici e negli esoscheletri motorizzati. La capacità di replicare fedelmente la camminata umana non solo migliora l’efficacia della robotica ma apre anche nuove strade per assistere le persone con disabilità.

L’articolo parla di come l’algoritmo, superando i metodi tradizionali, ha permesso la creazione di un modello di circuito neurale ottimizzato per variare la velocità di camminata, conservando allo stesso tempo l’efficienza energetica. 

Innovazione tecnologica che passa dalla camminata

Il progresso nella simulazione della camminata umana con un modello muscoloscheletrico, arricchito da un intricato circuito neurale, rappresenta un notevole avanzamento nell’integrazione delle neuroscienze, della biomeccanica e della robotica. Questo successo apre la strada a robot bipedi più efficienti, arti protesici più avanzati e esoscheletri motorizzati innovativi, promettendo miglioramenti tangibili nella mobilità umana e nella quotidiana applicazione della robotica.

C’è ancora molta strada da fare (letteralmente!).

Ma questo è un altro piccolo tassello verso un migliore capacità di controllo del movimento umano.

Da chiropratico e fisioterapista, non posso che esserne felice!