Avanços tecnológicos recentes abriram novas possibilidades para o desenvolvimento de ferramentas médicas e assistivas, incluindo membros protéticos. Enquanto esses membros costumavam ser objetos duros com o mesmo formato dos membros, as próteses agora são mais macias e parecem mais realistas, com algumas também integrando componentes robóticos que ampliam consideravelmente suas funções.

Apesar desses desenvolvimentos, a maioria dos membros robóticos disponíveis comercialmente não podem ser controlados fácil e intuitivamente pelos usuários. Isso limita significativamente sua eficácia e a extensão em que eles podem melhorar a qualidade de vida das pessoas.

Pesquisadores do Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) e do Imperial College London desenvolveram recentemente uma nova mão protética macia que pode ser mais fácil de controlar pelos usuários. Este sistema, apresentado em um artigo da Science Robotics , alavanca uma nova abordagem de controle que integra os padrões de coordenação de múltiplos dedos (ou seja, sinergias posturais) com a decodificação da atividade dos motoneurônios na coluna vertebral das pessoas.

"Nosso artigo recente é resultado de uma bolsa ERC Synergy, para a qual meu grupo no IIT e o grupo de Dario Farina no Imperial College London cooperaram para estabelecer uma conexão nova e mais 'natural' entre usuários e suas mãos artificiais, fazendo com que a inteligência humana e a artificial conversem por meio de uma conexão neural", disse Antonio Bicchi, coautor do artigo.

Quando humanos completam uma tarefa manual, eles normalmente coordenam os movimentos dos dedos de maneiras dinâmicas. Esses padrões básicos de coordenação são conhecidos como sinergias posturais.

Bicchi, Farina e seus colaboradores criaram um método para controlar membros protéticos que integra sinergias posturais com a decodificação neural das atividades do motoneurônio espinhal. Em outras palavras, os padrões de coordenação dos dedos são combinados com a análise de sinais elétricos originários dos sistemas nervosos das pessoas, que podem ser usados para prever os movimentos que elas gostariam que a mão robótica realizasse em um dado momento.

"A mão é construída com uma mistura de materiais macios, para a pele, os tendões e os ligamentos, e de materiais rígidos, para os ossos", explicou Bicchi.

"Os 'ossos' artificiais rolam uns sobre os outros, em vez de girar em torno de pinos como as mãos de robôs normalmente fazem. O arranjo do tendão é tal que a mão pode se adaptar ao formato dos objetos a serem agarrados — reproduzindo assim um comportamento de agarrar autônomo e inteligente observado em mãos humanas."

Uma característica única da mão protética macia desenvolvida por esta equipe de pesquisadores é que ela não só permite que os usuários agarrem objetos intuitivamente, mas também os manipulem de maneiras específicas. Por exemplo, ela poderia permitir que os usuários não só agarrem uma garrafa de água, mas também que girassem sua tampa entre os dedos da mão robótica para abri-la.

Bicchi, Farina e seus colegas avaliaram o desempenho da mão em uma série de experimentos iniciais, envolvendo tanto pessoas que possuem todos os membros quanto aquelas que necessitam de uma mão protética. Suas descobertas foram altamente promissoras, pois descobriu-se que a mão permitia que os usuários realizassem movimentos complexos, manipulando objetos de forma mais precisa e natural do que fariam usando outras mãos protéticas.

No futuro, a abordagem de controle e o design idealizados por esses pesquisadores poderiam ser aplicados ao desenvolvimento de outros membros protéticos. A mão protética macia que eles introduziram também poderia ser melhorada ainda mais e testada em ambientes clínicos, o que poderia eventualmente contribuir para sua comercialização.

"Mostramos que há uma conexão direta entre dois dos níveis em que uma organização inteligente em 'sinergias' da assustadora multidão e complexidade das mãos humanas havia sido observada anteriormente", disse Bicchi.

"Por um lado, a fenomenologia da preensão humana era conhecida por exibir um espaço latente de alguns padrões que dominam o uso diário das mãos. Por outro lado, a reconstrução dos sinais do motoneurônio usados para comandar a mão a partir da medula espinhal também mostrou um espaço de menor dimensão, reduzindo sua dimensionalidade muito grande. Este artigo faz a ponte entre esses dois níveis e demonstra a eficácia do uso da linguagem do motoneurônio para controlar mais naturalmente as mãos macias bioinspiradas."