È questo il futuro delle gambe robotiche?
Alle 5 del mattino di giugno 2007, il comandante della marina statunitense William Gadsby aiutò a guidare una squadra di fanti nei terreni agricoli che circondano Karma, un centro agricolo nella volatile provincia irachena di Anbar. Karma è pancake-flat, con linee di vista per miglia, e dopo poche ore di pattuglia, Gadsby è cresciuto preoccupato. Siamo stati qui fuori troppo a lungo, pensò. Probabilmente ci stanno seguendo.
Intorno alle 10 del mattino, sentì un botto assordante. Una nuvola di fumo lo avvolse. Ha cercato di correre e non ha ottenuto nulla: una bomba detonata a distanza aveva trasformato la sua gamba destra in una massa di sangue e gristle. Sentiva solo adrenalina. Orecchie che squillavano, rotolò e si allontanò dal luogo dell’esplosione fino a raggiungere il lato della strada. Mentre giaceva nella sporcizia, con un corpsman che applicava un laccio emostatico alla gamba destra, il proiettile di un cecchino gli polverizzò il ginocchio sinistro.
Più proiettili zip passato. Gadsby gridò ordini, anche come litri di sangue versato dal suo corpo. Una volta che gli insorti erano fuggiti di nuovo nei terreni agricoli, i suoi uomini hanno segnalato un camion di passaggio e lo hanno caricato sul retro. Il suo respiro era lacero e asciutto, e tremolava dentro e fuori di coscienza. All’ospedale da campo, un prete gli ha letto l’estrema unzione. Gli occhi chiusi.
Si svegliò un giorno e mezzo dopo nell’ala medica di una base in Germania. Miracolosamente, un chirurgo traumatologo aveva conservato la gamba sinistra – ma la destra era stata segata sopra il ginocchio.
Seguirono mesi di dolore: l’infinita terapia fisica, il montaggio di una protesi, la sfida di imparare a camminare di nuovo. Gadsby, 29 anni, ha affrontato tutto a testa alta. Dopo essere stato trasferito in una base nel sud della California, ha preso a trascorrere i suoi pomeriggi zoppicando su e giù per la spiaggia, perché camminare nella sabbia ha richiesto uno sforzo reale, e ha pensato che avrebbe accelerato il suo recupero.
Non lo ha fatto. Parte del problema era la sua protesi. Era un piede in fibra di carbonio-top della linea, i suoi medici gli avevano assicurato-e anche se aveva qualche flessione ad esso, il dispositivo si sentiva ancora eccessivamente rigido. Ogni passo ha mandato un’onda d’urto sulla schiena. Era sempre dolorante.
“Ho pensato, vivo in un’epoca in cui la tecnologia si sta espandendo—ogni anno, c’è una svolta rivoluzionaria”, Gadsby, ora marito e padre e assistente sociale in formazione, mi ha detto di recente. “Questo mi ha dato speranza. Qualcosa da fare.”
Nella primavera del 2010, ha letto di un nuovo tipo di protesi in fase di sviluppo da Hugh Herr, capo del gruppo biomechatronics al Media Lab del MIT. Herr stesso è stato un doppio amputato: Nel 1982, quando aveva appena 17 anni, aveva perso entrambe le gambe per congelamento subito durante una spedizione alpinistica. Mentre completava un master in ingegneria meccanica al MIT, un dottorato in biofisica ad Harvard e un lavoro post-dottorato in biomechatronics al MIT, Herr aveva sviluppato una serie sempre più sofisticata di ginocchia, piedi e caviglie artificiali. La sua ultima invenzione era un sistema caviglia-piede completamente computerizzato chiamato BiOM, che imitava un piede di carne e sangue, spingendo l’utente in avanti ad ogni passo. Non aveva alcuna somiglianza con qualsiasi altra protesi sul mercato.
“Per me, questo ragazzo, il dottor Herr, è stato un’ispirazione”, dice Gadsby. “A differenza del resto di noi, non era seduto intorno, pensando, ‘Gee, vorrei che potessero venire con un gadget migliore.’Ha ottenuto quei gradi in modo da poter riparare se stesso—e riparare tutti gli altri.”
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Negli ultimi quattro anni, i 30 membri del gruppo biomechatronics del Media Lab hanno lavorato in un laboratorio al secondo piano di un complesso di vetro scintillante in Amherst Street a Cambridge, non lontano dal fiume Charles. Lo spazio è alto soffitto e luminoso, e dominato da un tapis roulant, che viene utilizzato per testare protesi e dispositivi esoscheletrici. Tra gli eleganti montanti in fibra di vetro e le parti della macchina lucidate, spicca un oggetto: un’appendice in gomma color carne nota come piede Jaipur. La sua presenza nel laboratorio è talismanica, commemorativa. Fino a poco tempo fa, il piede Jaipur, inventato nel 1971 da un chirurgo indiano, rappresentava l’apice della scienza protesica: un nodulo inanimato che assumeva la forma di un piede senza replicarne la funzione.
“Legno, gomma, plastica”, ha recitato Hugh Herr quando l’ho visitato a Cambridge all’inizio di quest’anno. “Al momento del mio incidente, questa era la realtà. C’erano sistemi piede-caviglia, ma non c’era intelligenza computazionale. E molte capacità tecnologiche chiave non erano a posto, come microprocessori economici, potenti e piccoli. Un sacco di capacità di rilevamento non era disponibile. Lo stesso è andato per alimentatori e motori.”
Di persona, Herr, 51 anni, ha un’aria raffish—più artista parigino di hard-charging scienziato americano. Indossa i capelli folti spazzato indietro e favorisce blazer scuri e sciarpe colorate. (In un servizio fotografico per un’edizione italiana della rivista Wired, ha posato in una tuta su misura di lino fine; un ingrandimento della copertina pende prominente nel laboratorio del MIT.) Ma l’impressione è ingannevole. Herr ha confessato di essere “stoico per una colpa”, e di fronte a domande che considera banali o poco interessanti, ha l’abitudine di andare monosillabico. ” Semplicemente non esprimo cosa c’è dentro”, ha detto Herr. “I miei studenti tendono ad avere paura di me, e vorrei che non lo fossero. ”
In parte, lo stoicismo può essere una risposta alla vita sotto i riflettori. Anche prima di perdere le gambe, Herr era una sensazione nel mondo dell’arrampicata-un bel ragazzo di una fattoria mennonita in Pennsylvania che metteva su percorsi selvaggi e pelosi che persino i veterani induriti avevano difficoltà a replicare. Il suo incidente, il risultato di una fallita salita invernale del Monte Washington del New Hampshire, lo ha rallentato per alcuni mesi, ma presto è stato di nuovo in salita, utilizzando protesi che ha progettato nel suo laboratorio. E stava succedendo qualcosa di strano: la sua scalata stava migliorando. Aveva piedini in gomma flessibili che lo aiutavano a scuttle fino crepe difficili, e ramponi specializzati per scalare pareti di ghiaccio. Ancora una volta, i media sono venuti chiamando-riviste, giornali, TV.
Allo stesso tempo, si imbatteva continuamente in prove di un pregiudizio contro persone come lui. “Mio padre mi raccontò questa storia di come, poco dopo che mi furono amputati gli arti, una persona si avvicinò a lui in ospedale e disse: ‘Oh, mi dispiace tanto. Non era sposato, vero?’Ero diventato immediatamente subumano!”Herr si meravigliò. “E’ stato affascinante. Siamo tutti così programmati da pensare che un corpo insolito sia debole.”
Era determinato a cambiarlo. Un mediocre studente di scuola superiore, ha ora consumato libri di testo di matematica dal crateload. Nei suoi 20 anni, si iscrive alla Millersville University, una piccola scuola a poche miglia dalla fattoria di famiglia a Lancaster, Pennsylvania. Mentre era uno studente universitario, ha ottenuto il suo primo brevetto, per un calzino protesico che sfruttava un sistema di vesciche gonfiabili e microprocessori per aiutare chi lo indossa a camminare meglio e più comodamente. Il dispositivo-insieme a una media di grado sterlina-catturato l’attenzione del personale ammissioni del MIT, e nei primi anni 1990 Herr si trasferì a Cambridge per lavorare sul suo master. Ha inventato incessantemente, sempre armeggiare, costruire, migliorare. I brevetti accumulati: per articolazioni artificiali, caviglie computerizzate, attuatori giunti biomimetici.
L’industria delle protesi sembrava intrappolata in un altro secolo e Herr voleva portarla nell’era digitale. ” C’è stato un lungo periodo di tempo in cui c’è stato un grande progresso tecnologico in altri settori, ma non nel nostro campo”, mi ha detto Elliot Weintrob, un protesista della Virginia che vende dispositivi BiOM. “Sì, hai avuto l’emergere della fibra di carbonio, ma i miglioramenti sono stati incrementali: fibra di carbonio più leggera, fibra di carbonio più forte. OK, qual e ‘ il livello successivo? Il livello successivo era il potere. Perché non importa quanta molla hai in quella fibra di carbonio, finché non inizi a provare a sostituire l’azione del muscolo, sei intrinsecamente limitato. Era il genio di Hugh Herr, lo capiva.”
Nel 2007, Herr ha fondato una società bionica chiamata iWalk (il nome è stato poi cambiato in BiOM), e ha iniziato a dare vita alla tecnologia avanzata che lo aveva sempre affascinato. La ricerca e lo sviluppo in protesi non erano stati particolarmente ben finanziati o attraente per ingegneri e scienziati, ma le cose stavano rapidamente cambiando. ” Con la guerra al terrore, e i conflitti in Iraq e Afghanistan, e tutti questi feriti di ritorno, il Congresso aveva scatenato milioni di soldi per la ricerca”, ha ricordato Herr. “Un altro driver era che le discipline chiave rilevanti per la bionica erano maturate, dalla robotica all’ingegneria tissutale. E stavano maturando ad un livello in cui potevamo effettivamente costruire la bionica come immaginato dagli scrittori di Hollywood e di fantascienza.”
Herr si è concentrato sulla caviglia, una parte spaventosamente complessa dell’anatomia umana e tradizionalmente sottovalutata dalla tecnologia protesica. Alla fine del 2009, i test erano in corso sul PowerFoot BiOM, il primo sistema della parte inferiore della gamba ad utilizzare la robotica per sostituire la funzione muscolare e tendinea. Utilizzando microprocessori a bordo e una batteria agli ioni di litio a tre celle, il dispositivo ha effettivamente spinto l’utente in avanti ad ogni passo, alla maniera del muscolo organico. Per la propulsione, il BiOM si basava su una molla in fibra di carbonio costruita su misura: ogni volta che l’utente scendeva sul dispositivo, la molla veniva caricata con energia potenziale. Sull’up-step, quell’energia è stata integrata con un piccolo motore alimentato a batteria.
Ma Herr e il suo team sapevano che tutti i passi non sono creati uguali: arrampicarsi su un ripido pendio richiede un’andatura molto diversa—e parti del corpo molto diverse—dal camminare attraverso un campo da tennis. Così hanno sviluppato un algoritmo proprietario che misurava l’angolo e la velocità del colpo iniziale del tallone del BiOM e controllava, tramite i microprocessori, la velocità e l’angolo di discesa sul passo successivo.
Il BiOM pesava circa cinque chili—più o meno il peso di una caviglia e di un piede umano—ed era montato sull’arto residuo dell’utente con una semplice presa in fibra di carbonio. I test hanno indicato che il dispositivo ha restituito circa il 200% dell’energia verso il basso del corpo. Una protesi in fibra di carbonio di alto livello ha restituito solo il 90%.
Decine di milioni di dollari in capitale di rischio versato. Idem per e-mail e lettere da amputati disperatamente desiderosi di servire come cavie BiOM. Quella raffica non si è fermata. ” È travolgente”, mi disse Herr, scuotendo la testa. “È emotivamente impegnativo e straziante.”