Un ausilio per la deambulazione che pensa da solo

Quando camminare diventa sempre più difficile e scomodo, molte persone anziane utilizzano un rollator, un ausilio per la deambulazione su quattro ruote che possono appoggiare e spingere davanti a sé mentre camminano. Le ruote anteriori sono sterzanti, quelle posteriori sono rigide. Un cestino per la spesa; freni per evitare che il veicolo rotoli in discesa: ecco come è equipaggiato semplicemente un rollator.

Un team di informatici e robotici dell'ETH di Zurigo ha trasformato un rollator in un robot autonomo, chiamato "Smart Walker". L'obiettivo: facilitare la deambulazione e gli spostamenti delle persone anziane rispetto a un normale rollator.

Un dispositivo poco sviluppato

L'impulso per lo sviluppo di un rollator robotico è venuto da Bertrand Meyer, professore di ingegneria del software all'ETH di Zurigo. "L'idea mi è venuta quando mia madre, molto anziana, ha dovuto utilizzare un ausilio per la deambulazione", racconta il ricercatore. I rollator sono dispositivi ancora poco sviluppati e non sono ideali per le persone fragili o gravemente disabili.

Un gruppo di scienziati ha iniziato a lavorare a una soluzione migliore nel 2012 nell'ambito dell'iniziativa Roboscoop. Roboscoop è un progetto di ricerca della cattedra di Ingegneria del software dell'ETH di Zurigo e dell'iHomeLab della Scuola universitaria di Lucerna; anche l'Autonomous Systems Lab (ASL) dell'ETH è coinvolto come organo consultivo. Il progetto è stato finanziato dalla Fondazione Hasler nell'ambito del programma di promozione Smart World.

L'obiettivo di Roboscoop è migliorare le tecnologie e gli strumenti per lo sviluppo di programmi di robotica. E lo Smart Walker è emerso come una delle applicazioni più importanti di questo progetto. Quattro anni dopo l'inizio del progetto, il prototipo è ora pronto perché i ricercatori cerchino partner industriali per sviluppare ulteriormente il loro veicolo e renderlo pronto per il mercato.

Sensori, unità di azionamento e di calcolo

Lo Smart Walker può sembrare ancora un rollator, ma è dotato di processori e sensori che ne controllano il comportamento.

Nella parte inferiore del manubrio si trova una telecamera 3D orientabile a 360 gradi, che scansiona l'ambiente circostante e misura la distanza dell'utente dal deambulatore. Questo sensore riconosce anche i gesti. In questo modo è possibile dare un segnale con la mano allo Smart Walker, che rotola autonomamente verso il suo proprietario.

I sensori sono fissati anche alla parte inferiore del telaio. Un sensore laser misura costantemente la distanza dalle gambe e monitora il terreno per riconoscere gli ostacoli. I motori elettrici delle biciclette elettriche, alloggiati nei mozzi delle ruote posteriori, forniscono la propulsione in modo che gli utenti non debbano esercitare alcuna forza per spingere lo Smart Walker davanti a loro. La velocità si adatta automaticamente a quella dell'utente. Un altro sensore misura l'inclinazione dell'ausilio per la deambulazione, il che significa che i motori elettrici "accelerano" di più in caso di pendenza, ad esempio.

Il rollator è controllato da una semplice interfaccia utente: Una tavoletta sul manubrio consente agli utenti di passare da una modalità all'altra. In questo modo gli utenti possono impostare con estrema facilità la modalità di utilizzo del rollator robotico. In modalità di assistenza, il deambulatore supporta l'utente nelle curve e nelle salite, per ridurre al minimo lo sforzo richiesto. In modalità autonoma, lo SmartWalker si comporta come un robot autonomo: reagisce ai gesti dell'utente e lo guida senza assistenza.

Il calcolo parallelo come pietra miliare

Per quanto semplice possa sembrare il dispositivo, la sua programmazione è complessa, proprio perché il dispositivo può e deve fare più cose contemporaneamente. "Lo Smart Walker è controllato da un software che si basa sul calcolo parallelo", sottolinea Andrey Rusakov, dottorando al Meyer. Nel calcolo parallelo, i singoli compiti di calcolo si sovrappongono nel tempo. Normalmente, i calcoli vengono eseguiti uno dopo l'altro. La programmazione del calcolo parallelo è estremamente impegnativa.

Tutta l'elettronica ha bisogno di spazio: come altri rollator, anche Smart Walker ha un cestino. L'unica differenza è che lo Smart Walker ospita l'elettronica e la batteria. Non c'è quasi spazio per gli acquisti.

Buon risultato del test

Il gruppo di ricerca ha testato il proprio rollator robotico in cinque case di riposo della città di Zurigo. Alcuni dei 23 soggetti testati non erano solo deambulanti, ma anche ipovedenti o addirittura ciechi. Molti soggetti avevano 90 anni o più. L'indagine e i test del dispositivo sono stati condotti dal collega postdoc di Meyer, Jiwon Shin, uno dei principali sviluppatori dello Smart Walker.

Il feedback dei volontari ha confermato i piani dei ricercatori. "La maggior parte dei soggetti sottoposti al test era entusiasta dello Smart Walker", afferma Meyer con soddisfazione. In particolare, la maggior parte ha trovato confortevole camminare con il sistema di controllo attivato. Nel complesso, lo Smart Walker si è comportato leggermente meglio di un normale rollator. Le poche critiche riguardano le dimensioni e il peso del nuovo dispositivo. È piuttosto ingombrante e i soggetti che hanno partecipato al test lo hanno trovato scomodo da spostare nei corridoi stretti di una casa di riposo o sui mezzi pubblici. È qui che i ricercatori vogliono fare la differenza.

I ricercatori sono ora alla ricerca di un partner industriale che voglia sviluppare ulteriormente il prototipo e renderlo pronto per il mercato. Il prezzo di questo dispositivo dovrebbe aggirarsi intorno ai 3.000 franchi svizzeri. Secondo i ricercatori, oltre agli anziani c'è un altro potenziale gruppo target: "Il dispositivo è ideale anche per l'uso sui campi da golf", dice Meyer.