INGEGNERIA CLINICA

WEARHAP: sistemi roboticiindossabili per uomini

e robot

WEARHAP, un acronimo per “Wearable Haptics for Hu-mans and Robots”, è un progetto di ricerca finanziatodalla Comunità Europea che porrà le basi scientifichee tecnologiche per nuove tecnologie indossabili ingrado di connettersi con il nostro sistema “sensori-

motorio”. Il progetto è coordinato dall’Università di Siena e vede lapartecipazione di un consorzio di università e centri di ricerca di tuttaEuropa, di cui fanno parte, per l’Italia, anche l’Università e la Scuola Su-periore Sant’Anna di Pisa e la Fondazione Istituto Italiano di Tecnolo-gia di Genova. WEARHAP è dedito alla ricerca e sviluppo di sistemi ro-botici estremamente indossabili in grado di interagire tattilmente congli uomini: un concetto innovativo che rivoluzionerà il modo in cui gliesseri umani collaboreranno con i robot, attraverso strumenti di co-municazione non verbali che coinvolgeranno il tatto. Immaginate unmondo nel quale questi nuovi sistemi aptici vi permettano di toccarecose e persone a chilometri di distanza, ovunque voi siate. Pensate allavarietà di opportunità che l’indossabilità di questi sistemi porteràsulle nostre dita: potremmo interagire e cooperare con cose e personeindipendentemente da dove esse si trovino.L’indossabilità è l’elemento distintivo del progetto. Molto sistemi ap-tici sono tutt’oggi disponibili sul mercato ad appannaggio delle uni-versità e centri di ricerca. Sono principalmente utilizzati in scenari di te-leoperazione robotica, dove è importante conoscere certe proprietàfisiche del sistema remoto con il quale il robot sta interagendo. Unesempio su tutti è quello della chirurgia robotica: permettere al chi-

Il progetto WEARHAP – icui esiti potranno avereapplicazioni soprattutto

in campo medico edell’interazione sociale –pone le basi scientifiche

e tecnologiche per losviluppo di sistemi roboticiestremamente indossabili

in grado di interagiretattilmente con gli

uomini. Il progetto ècoordinato dall’Università

di Siena e vede lapartecipazione di un

consorzio di università ecentri di ricerca di tutta

Europa

Domenico Prattichizzo

Professore associato diRobotica e Automazione,

Dipartimento di Ingegneriadell’Informazione e ScienzeMatematiche, Università di

Siena

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autore

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rurgo di “sentire” tattilmente, sulle proprie dita, ciò che il robot regi-stra con i propri sensori di forza, mentre agisce sul paziente, aumentadrasticamente l’accuratezza delle operazioni. WEARHAP porta questatecnologia alle dita, rendendo semplici e indossabili tutti quei stru-menti che ad oggi sono troppo costosi e complessi per uscire dai la-boratori. Gli sviluppi previsti dalla rivoluzione tecnologica e scientificadel progetto WEARHAP sono applicabili a tutti gli ambiti della nostravita, dalla medicina all’interazione sociale tra le persone, dalla robo-tica ai social media, fino all’assistenza sanitaria remota. In breve, alcuni particolari aspetti applicativi che il progetto svilupperàriguardano:• la comunicazione tattile con soggetti affetti da deficit cognitivi: il pro-getto WEARHAP fornirà efficaci strumenti scientifici per sollecitareattivamente, tramite sensazioni tattili, pazienti con gravi danni cere-brali, al fine di comunicare con loro e migliorare il loro livello di co-scienza;

• il progetto WEARHAP arricchirà l’esperienza videoludica con la pos-sibilità di toccare, letteralmente, i contenuti virtuali, con le nostremani e il nostro corpo, senza alcuna restrizione;

• la condivisione e l’interazione tattile con qualcuno o qualcosa che èlontano da noi: il progetto WEARHAP permetterà di azzerare le di-stanza tra due o più persone, rendendo possibile la condivisionedelle sensazioni tattili, aggiungendo alle tradizionali videochiamatequesta straordinaria esperienza;

• l’incremento e il miglioramento dell’interazione e della cooperazionetra uomo e robot: il progetto WEARHAP aumenterà in maniera stra-ordinaria il livello attuale di interazione tra uomo e robot, introdu-cendo la possibilità di riprodurre sull’uomo le sensazioni tattili per-cepite dal robot. Pensiamo alla teleoperazione di robot umanoidi in

ambienti pericolosi, dove i risultati delprogetto WEARHAP daranno la possi-bilità all’uomo (al sicuro all’esterno) divedere, e soprattutto sentire, ciò che irobot vedono e sentono all’interno;

• i dispositivi indossabili di WEARHAPsaranno in grado di aiutare gli ipove-denti a svolgere i compiti giornalieri,come quello di muoversi in un super-mercato o per strada;

• nel campo della riabilitazione si svilup-peranno nuovi protocolli basati su tec-nologie indossabili, piccoli ed econo-mici, che potranno essere usati inambito domestico e non solo in centrispecializzati.

Queste tecnologie di comunicazione tat-tile saranno sperimentate in tre scenariprincipali: medico, videoludico e sociale.Per quanto riguarda gli scenari medici, losviluppo si incentrerà principalmentesullo sviluppo di tecniche di guida, sullostudio di nuovi tipi di feedback tattile inscenari di teleoperazione robotica e sullatrasmissione del tatto a distanza.

TECNICHE DI GUIDAWEARHAP permetterà di sviluppare tec-niche di guida mai immaginate prima.Guanti e cinture per indicare a noi essereumani la direzione da seguire. Pensiamoa dirigere una squadra di soccorso in unambiente con scarsa visibilità o scono-sciuto, proteggere dal traffico un turistadistratto dalle bellezze architettoniche

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Il progetto WEARHAP avrà una durata di 4 anni ed un finanzia-mento, stanziato dall’Unione Europea, di 7.700.000 euro, con un co-sto complessivo di 10.038.580 euro.Il Consorzio è composto da dieci centri di ricerca, provenienti datutta Europa:• Università di Siena (coordinatore), guidata dal Prof. Prattichizzo;• Università di Pisa, guidata dai Prof. Bicchi e Prof. Scilingo;• Bielefeld Universität, guidata dai Prof. Ernst e Prof. Ritter;• Technical University Munich, guidata dalla Prof. Hirche;• Scuola Superiore Sant’Anna, guidata dai Prof. Bergamasco eProf. Frisoli;

• Foundation for Research and Technology Hellas, guidata dalProf. Argyros;

• Universidad Rey Juan Carlos, guidata dal Prof. Otaduy;• Fondazione Istituto Italiano di Tecnologia, guidata dai Prof. Darwin e Dr. Tsagarakis;

• Université Pierre et Marie Curie – Paris, guidata dal Prof. Hayward;

• Umeå University, guidata dal Prof. Edin.

Fig. 1. Lo studio dei processi cognitivilegati alla percezione del tatto porteràallo sviluppo di rivoluzionari sistemi apticiindossabili.

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di una città, creare percorsi tematici neimusei e nelle fiere o indicare la posizionedei prodotti richiesti in un grande super-mercato. Tutto questo senza ricorrere adindicazioni vocali o visive, ma semplice-mente agendo sulla pelle dell’utente.Questo approccio trova una naturale ap-plicazione a supporto delle persone ipo-vedenti che, fornite di un sistema di lo-calizzazione, potranno essere facilmenteguidate nella loro quotidianità. Inoltre èimportante ricordare come il tatto sial’unico dei cinque sensi ad essere distri-buito su tutto il corpo. Questa conside-razione apre nuovi e interessanti scenari.Pensate alla possibilità di comunicare,su una mano, informazioni relative allastrada da percorrere e sull’altra la pre-senza di eventuali pericoli. Tutto questolasciando liberi gli altri sensi di recepirestimoli differenti (come ascoltare la radioo parlare con un amico).

NUOVI TIPI DI FEEDBACK PER LATELEOPERAZIONEIl feedback di forza nella teleoperazionerobotica è fondamentale per il chirurgo.Aumenta drasticamente le performancedell’operazione e permette di accorciarenotevolmente il tempo di training ne-cessario al chirurgo per imparare ad uti-lizzare questi nuovi strumenti robotici.Sfortunatamente, però, introdurre que-sto tipo di feedback influenza sensibil-mente la stabilità e sicurezza del sistema.In presenza di ritardi di comunicazionetra il robot master e quello slave, adesempio, il sistema – se non adeguata-mente controllato – potrebbe iniziare adoscillare, mettendo a repentaglio la si-curezza del paziente e del chirurgo. Perquesto motivo, ad oggi, pochissimi deisistemi di teleoperazione robotica pre-senti sul mercato forniscono feedback ditipo aptico. WEARHAP studierà e svilup-perà nuovi tipi di feedback per comuni-care al chirurgo questo tipo di informa-zione, garantendo la stabilità e sicurezzadel sistema. Il tatto è la chiave di questinuovi studi. Fornire un feedback di forzalocalizzato, a livello delle dita, che renda

un’esperienza utente simile a quella aptica resa dalle interfacce clas-siche ma che non influenzi la stabilità del sistema di teleoperazione.

TRASMISSIONE DEL TATTO A DISTANZAWEARHAP svilupperà nuovi strumenti per la trasmissione delle sensa-zioni tattili a distanza. Registrare e trasmettere queste informazioni saràla nuova frontiera della comunicazione del futuro. Immaginate di poternon solo parlare e vedere un parente lontano, ma anche riuscire a toc-carlo (tutto integrato in un guanto, facilmente trasportabile e indossa-bile). In ambito medico questa tecnologia può essere cruciale per la dia-gnosi a distanza in operazioni di pronto soccorso dove il paramedico,recandosi sul posto, può trasmettere al medico in ospedale non solo leinformazioni visive ma anche quelle tattili sulle condizioni del ferito. Iltatto, unito alla sensibilità che con l’esperienza e la competenza il me-dico acquisisce, è importantissimo nella pratica sanitaria.

RINGRAZIAMENTIRingrazio Claudio Pacchierotti per il suo aiuto nella stesura di questo ar-ticolo e con lui tutti i miei collaboratori, che stanno contribuendo inmodo determinante alla buona riuscita del progetto “WEARable HAP-tics for Humans and Robots” (WEARHAP), finanziato dall'Unione Euro-pea all'interno del framework FP7/2007-2013, grant agreement n°601165. In ordine alfabetico: Marco Aggravi, Davide Barcelli, EnricaCamparini, Francesco Chinello, Guido Gioioso, Isotta Iarrapino, MonicaMalvezzi, Leonardo Meli, Claudio Pacchierotti, Adrian Ramos, GionataSalvietti, Stefano Scheggi e Asad Tirmizi. �

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Fig. 2. Un utente muove un robot a distanza, sentendo sulle proprie ditale forze esercitate dalla mano robotica sul cilindro.

Fig. 3. L’utente sulla destra riesce a toccare a distanza un oggetto,facendo uso di un sistema aptico indossabile.