PRIN 2022 - PROPRIOUSS

I movimenti umani sono precisi e fluidi, e; possono essere eseguiti inconsciamente anche al buio perché la propriocezione ci consente di prevedere e correggere l’esito del movimento. Estendere la propriocezione ai robot controllati dall’uomo, per esempio alle mani robotiche, ha la potenzialità di migliorare il loro controllo motorio e la loro incorporazione (embodiment).

In questo ambito, il progetto PROPRIOUSS è un progetto di ricerca promosso dal Ministero dell'Università e della Ricerca, in collaborazione tra l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e l’Università Campus Bio-Medico. L’obiettivo di PROPRIOUSS è quello di sviluppare una tuta sensoriale indossabile ed algoritmi di estrazione da braccia protesiche robotiche e virtuali. Nello specifico, verrà sviluppato un nuovo stimolatore omo-modale/topico a risposta rapida e finemente controllato. La sostituzione propriocettiva verrà ottenuta tramite stimolazione etero-modale e/o etero-topica.

Obiettivi

Il progetto PROPRIOUSS mira a raggiungere tre obiettivi scientifici.

Il primo obiettivo riguarda lo sviluppo di conoscenza, metodi e dispositivi per l’estrazione delle caratteristiche propriocettive principali, da un arto biologico, protesico, robotico o virtuale. La neurofisiologia suggerisce che la propriocezione fornisce molteplici informazioni sulla posizione e il movimento degli arti, nonché sullo sforzo, sulle forze in gioco e sulla percezione del peso. I recettori propriocettivi si trovano nei muscoli, nei tendini, nelle articolazioni e nella pelle, e ognuno di essi ha caratteristiche peculiari. Pertanto, ispirandosi alla fisiologia e alle tecnologie disponibili e in fase di

sviluppo, PROPRIOUSS creerà dispositivi e metodi in grado di catturare la complessità delle informazioni propriocettive provenienti da fonti diverse. A seconda della fonte — biologica o artificiale — verranno sviluppate le seguenti tecnologie emergenti: (i) algoritmi di estrazione da braccia protesiche e robotiche; (ii) algoritmi di estrazione da braccia virtuali.

Il secondo obiettivo riguarda la restituzione di informazioni propriocettive all’utente ricche abbastanza da comunicare lo stato del sistema. A questo scopo, il progetto PROPRIOUSS svilupperà due tecnologie emergenti, ovvero (i) uno stimolatore omo-modale/topico, ed (ii) uno stimolatore etero-modale/topico.

Infine, il terzo obiettivo riguarda la definizione di modelli per rimodulare la complessità delle informazioni propriocettive da restituire all’utente. Infatti, considerando che l’arto superiore ha sette gradi di libertà, mentre la sola mano ne ha ben 23, per restituire all’utente l’informazione propriocettiva estratta nell’ambito del primo obiettivo, la stessa deve essere ridimensionata per raggiungere un livello accettabile di carico cognitivo, mantenendo al contempo un feedback sufficientemente informativo, in linea con quanto evidenziato dal secondo obiettivo.

Complessivamente, il progetto identifica quattro scenari applicativi, aventi lo scopo di investigare la sostituzione sensoriale in un ampio spettro di sorgenti e applicazioni target, nello specifico: (i) amputati di arto superiore che controllano una mano protesica; (ii) riabilitazione di pazienti affetti da ictus; soggetti sani che controllano un braccio antropomorfico (iii) robotico o (iv) virtuale.

ENTE PROMOTORE: Ministero dell’Università e della Ricerca

NOME PROGETTO: PROPRIOUSS

CUP: J53D23000750006

PERIODO E DURATA: 29/09/2023 - 29/09/2025 (24 mesi)

FINANZIAMENTO: 87.917 €

COORDINATORI: Campus Bio-Medico - Prof. Giovanni Di Pino

REFERENTI SSSA: Prof. Christian CIPRIANI