L’impiego di robot indossabili, come gli esoscheletri, può migliorare la coordinazione motoria tra le persone che svolgono un compito collaborativo grazie al feedback aptico ( il senso del tatto e delle forze fisiche): è quanto emerge dal progetto internazionale europeo Conbots (“CONnected through roBOTS”), coordinato dall’Università Campus Bio-Medico di Roma.
Allo studio, pubblicato sulla prestigiosa rivista Science Robotics, hanno partecipato anche la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, la sua azienda spin-off Iuvo srl, il CNR, l’Università di Newcastle (UK) e l’Università di Gand (Belgio).
Il progetto è stato finanziato dall’Unione Europea con quasi 5 milioni di euro nell’ambito del programma Horizon 2020.
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Migliorare la sinergia nei movimenti nelle attività collaborative attraverso l’uso di robot indossabili
Il progetto ha indagato il potenziale del feedback aptico in applicazioni che richiedono un coordinamento tra due persone, come nel caso di due violinisti. Normalmente, i violinisti si affidano principalmente a vista e udito per coordinarsi, e non possono fare affidamento sul contatto fisico.
Eppure, anche in questo campo viene riconosciuta l’importanza di un feedback tattile: un insegnante di violino, ad esempio, nell’insegnare un gesto ad un allievo, non si limita a mostrarlo eseguendolo, ma afferra il braccio dell’allievo e lo guida nel movimento corretto.
Come potrebbe migliorare il coordinamento tra due violinisti se ci fosse la possibilità di ricevere questo tipo di feedback?
Per rispondere a questa domanda i ricercatori del progetto Conbots hanno sviluppato una coppia di esoscheletri indossabili per gli arti superiori in grado di percepire i movimenti dei due violinisti e, quando questi non coincidono, di fornire delle forze proporzionali alla differenza tra i movimenti.
In questo modo, gli esoscheletri consentono di collegare virtualmente i due musicisti, permettendo loro di percepire fisicamente il movimento del partner, simulando un contatto fisico diretto.
Il ruolo dell’integrazione multisensoriale nei compiti collaborativi
Il team ha testato il sistema con venti coppie di violinisti, dieci coppie amatoriali e dieci coppie di professionisti, che hanno eseguito un brano musicale in quattro condizioni sensoriali: solo udito; udito e vista; udito e aptica; udito, vista e aptica.
I musicisti non avevano familiarità con gli esoscheletri e non era stato detto loro di essere fisicamente connessi. Ciononostante, in presenza di feedback aptico, la coordinazione è migliorata significativamente e i musicisti hanno allineato i movimenti delle braccia con maggiore precisione, sincronizzato meglio le posizioni degli archetti e raggiunto una migliore coordinazione musicale.
Sorprendentemente il feedback di forza fornito dagli esoscheletri ha migliorato la coordinazione più del feedback visivo, sebbene i violinisti siano normalmente addestrati ad affidarsi alla vista durante le esibizioni in duetto.
I miglioramenti più significativi si sono verificati quando tutti e tre i sensi sono stati combinati, evidenziando il ruolo dell’integrazione multisensoriale nei compiti sensomotori fini.
L’alba di un’era in cui i robot possono mediare la comunicazione fisica tra esseri umani
I risultati del progetto Conbots suggeriscono che il feedback aptico può rappresentare un canale di comunicazione efficace nei compiti collaborativi tra individui grazie alla sua natura implicita.
A differenza dei segnali visivi, che richiedono un’attenzione cosciente, il feedback aptico è corporale e immediato, e consente ai partner di adattarsi ai movimenti dell’altro in modo quasi riflessivo.
“L’aptica, ovvero la percezione tattile e cinestesica, fornisce informazioni in un modo fondamentalmente diverso dalla vista. È fisica, diretta e immediata. I nostri risultati suggeriscono che il sistema motorio umano può integrare queste informazioni in modo molto efficiente, anche in artisti altamente qualificati”, spiega Francesco Di Tommaso, ricercatore post-dottorato presso l’Unità di Ricerca di Robotica Avanzata e Tecnologie Centrate sulla Persona (CREO Lab) dell’Università Campus Bio-Medico di Roma e autore corrispondente dello studio.
Oltre alla musica, questo approccio potrebbe avere un impatto più ampio su numerose attività collaborative, in cui ad esempio è compreso l’apprendimento motorio.
“Stiamo entrando in un’era in cui i robot possono mediare la comunicazione fisica tra esseri umani in modi completamente nuovi. Questo studio è un primo passo verso sistemi che connettono fisicamente le persone, rafforzandone il coordinamento, l’apprendimento e la riabilitazione”, aggiunge il Professor Domenico Formica dell’Unità di Ricerca di Neurofisiologia e Neuroingegneria dell’Interazione Uomo-Tecnologia (NeXTlab) dell’Università Campus Bio-Medico di Roma e coordinatore dello studio.
