Hugh Herr dirige il gruppo di ricerca in BioMeccatronica del MIT Media Lab dove sta costruendo la prossima generazione di arti bionici e protesi robotiche ispirate dal design della natura.

Herr ha perso entrambe le gambe in un incidente alpinistico 30 anni fa, e in questa interessante video-presentazione tenuta al TED 2014 mostra gli sviluppi delle sue incredibili tecnologie nel campo della bionica, con l'aiuto della ballerina Adrianne Haslet-Davis che ha perso la gamba sinistra nell'attentato terroristico alla maratona di Boston, e che si esibisce per la prima volta sul palco di TED con la sua nuova gamba bionica.

Puoi leggere gli altri post precedenti che trattano il tema della Bionica qui.

TED - H.Herr: La nuova Bionica per Correre, Scalare e Ballare
( con sottotitoli in Italiano )

Trascrizione integrale del testo :
Osservando profondamente la natura attraverso la lente di ingrandimento della scienza, i designer estraggono principi, processi e materiali che formano le basi della metodologia del design, da concetti sintetici che assomigliano a materiali biologici a metodi di calcolo che simulano processi neurali, la natura guida il design. Il design a sua volta guida la natura. Nel regno della genetica, della medicina rigenerativa e della biologia sintetica, i designer stanno sviluppando tecnologie non previste o anticipate dalla natura.
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La bionica esplora l'interazione tra biologia e design. Come potete vedere, le mia gambe sono bioniche. Oggi vi racconterò storie di integrazione tra uomo e bionica, come componenti elettromeccanici collegati al corpo e impiantati nel corpo stanno cominciando a colmare il divario tra disabilità e abilità, tra limiti umani e potenziale umano.

La bionica ha definito la mia fisicità. Nel 1982, mi hanno amputato entrambe le gambe a causa di un danno da congelamento dei tessuti accaduto durante un incidente alpinistico. All'epoca, non vedevo il mio corpo come rotto. Ragionavo che un essere umano non può mai rompersi. La tecnologia è rotta. La tecnologia è inadeguata. Questa semplice ma potente idea è stata una chiamata alle armi per migliorare la tecnologia per l'eliminazione della mia disabilità e di conseguenza la disabilità degli altri. Iniziai con sviluppare arti speciali che mi consentirono di ritornare al mondo verticale della scalata su roccia e su ghiaccio. Mi resi conto velocemente che la parte artificiale del mio corpo era malleabile, in grado di prendere qualunque forma, qualunque funzione, una tabula rasa attraverso cui creare strutture che potessero estendere le funzionalità biologiche. Resi regolabile la mia altezza. Potevo essere appena 1,50 m o alto tanto quanto volevo. (Risate) Quindi, quando mi sentivo giù, insicuro, mi aumentavo l'altezza, invece quando mi sentivo sicuro e tranquillo, mi abbassavo un po' l'altezza tanto per dare una chance alla concorrenza. (Risate) (Applausi) Piedi stretti e incuneati mi permettevano di scalare ripide fenditure rocciose in cui il piede umano non poteva penetrare, e piedi chiodati mi permettevano di scalare muri di ghiaccio verticali senza mai affaticare i muscoli delle gambe. Attraverso l'innovazione tecnologica, sono tornato al mio sport, migliore e più forte. La tecnologia aveva eliminato la mia disabilità e mi aveva concesso nuove abilità di scalatore. Da giovane, mi immaginavo un futuro in cui la tecnologia avanzata avrebbe liberato il mondo dalle disabilità, un mondo in cui gli impianti neurali avrebbero permesso ai non vedenti di vedere, un mondo in cui i disabili avrebbero potuto camminare attraverso degli esoscheletri.
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Purtroppo, a causa di carenze tecnologiche la disabilità nel mondo è dilagante. A quest'uomo mancano tre arti. A testimonianza dell'attuale tecnologia, non è in sedia a rotelle, ma dobbiamo darci da fare in bionica per permettere un giorno la totale riabilitazione di una persona con questo livello di lesioni. Al MIT Media Lab abbiamo istituito un centro per la bionica estrema. La missione del centro è di sviluppare scienze di base e capacità tecnologiche che permetteranno la biomeccatronica e la riparazione rigenerativa di essere umani in un ampio spettro di disabilità del corpo e della mente.
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Oggi vi racconterò come funzionano le mie gambe, come operano, come tipico esempio per questo centro. Ieri sera mi sono assicurato di radermi le gambe, perché sapevo che le avrei mostrate.
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La bionica comporta l'ingegnerizzazione di interfacce estreme. Ci sono tre interfacce estreme nei miei arti bionici: meccanica, come i miei arti sono attaccati al mio corpo biologico; dinamica, come si muovono come carne e ossa; e elettrica, come comunicano con il mio sistema nervoso.
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Comincerò con l'interfaccia meccanica. Nell'area del design, ancora non capiamo come collegare meccanicamente apparecchi al corpo. Trovo straordinario che al giorno d'oggi, una delle tecnologie più antiche e mature della storia umana, la scarpa, ancora ci faccia venire le vesciche. Com'è possibile? Non abbiamo idea di come attaccare cose al nostro corpo. Questo è il design squisitamente lirico della Professoressa Neri Oxman al MIT Media Lab, che rappresenta impedenze esoscheletriche spazialmente variabili mostrate qui per variazione di colore in questo modello stampato in 3D. Immaginate un futuro in cui i vestiti sono rigidi e morbidi a seconda della necessità, per un supporto e una flessibilità ottimale, senza mai provocare alcun disagio.
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I miei arti bionici sono collegati al mio corpo biologico attraverso pelle sintetica con variazioni di rigidità che rispecchiano la biomeccanica dei miei tessuti sottostanti. Per ottenere questo rispecchiamento abbiamo prima sviluppato un modello matematico del mio arto biologico. A tale scopo, abbiamo usato tecniche di imaging come la risonanza magnetica per guardare dentro il mio corpo e scoprire le geometrie e le posizioni di vari tessuti. Abbiamo anche preso strumenti robotici. Questo è un attuatore a 14 motori che gira attorno all'arto biologico. L'attuatore si avvicina, trova la superficie dell'arto, ne misura la forma in assenza di carico e poi spinge sui tessuti per misurare la cedevolezza dei tessuti in ogni punto anatomico. Queste immagini e questi dati robotici vengono combinati per costruire una descrizione matematica del mio arto biologico, che vedete a sinistra. Vedete una serie di punti, o nodi. Ad ogni nodo, un colore rappresenta la cedevolezza del tessuto. Facciamo poi una trasformazione matematica per progettare la pelle sintetica che vedete a sinistra e abbiamo scoperto che l'ottimalità si ottiene con una pelle sintetica morbida dove il corpo è rigido, ed una pelle sintetica rigida dove il corpo è morbido, e questo rispecchiamento si realizza in tutti i gradi di cedevolezza dei tessuti. Con questa struttura abbiamo prodotto arti bionici che sono i più comodi che io abbia mai portato. Chiaramente in futuro, i nostri vestiti, le nostre scarpe, i nostri tutori ortopedici, le nostre protesi non saranno più progettate e prodotte usando strategie artigianali, ma strutture quantitative basate sui dati. In quel futuro, le scarpe non ci daranno più vesciche.
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Stiamo anche incorporando materiali sensibili e intelligenti nella pelle sintetica. Questo è un materiale sviluppato da SRI International, in California. Sotto effetto elettrostatico, cambia rigidità. Quindi con zero voltaggio, il materiale è cedevole. È floscio come la carta. Poi si schiaccia il pulsante, viene applicato un voltaggio e diventa rigido come un asse. Incorporiamo questo materiale nella pelle sintetica che collega il mio arto bionico al mio corpo biologico. Quando cammino qui, non c'è voltaggio. L'interfaccia è morbida e cedevole. Si preme il pulsante, viene applicato il voltaggio, e si indurisce, dandomi una maggiore manovrabilità dell'arto bionico.
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Costruiamo anche esoscheletri. Questo esoscheletro diventa rigido e morbido proprio nelle aree giuste del ciclo della corsa per proteggere le articolazioni biologiche da forti impatti e degradazione. In futuro indosseremo tutti degli esoscheletri durante attività comuni come la corsa.
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Poi, l'interfaccia dinamica. Come fanno i miei arti bionici a muoversi come carne e ossa? Nel mio laboratorio al MIT, studiamo come gli esseri umani fisiologicamente normali stanno eretti, camminano e corrono. Cosa fanno i muscoli, e come vengono controllati dalla spina dorsale? Questa scienza di base motiva quello che costruiamo. Costruiamo caviglie, ginocchia e anche bioniche. Costruiamo parti del corpo da zero. Gli arti bionici che indosso sono chiamati BiOMs. Quasi 1000 pazienti li hanno ricevuti, 400 dei quali erano soldati americani feriti di guerra.
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Come funziona? Al contatto tallone, sotto controllo del computer, il sistema controlla la rigidità per attenuare l'impatto dell'arto che colpisce il suolo. Poi, a pieno appoggio, l'arto bionico produce forze e momenti elevati per sollevare la persona e consentire il passo, paragonabili a come funzionano i muscoli nella zona del polpaccio. La propulsione bionica è clinicamente molto importante per i pazienti. A sinistra vedete il dispositivo bionico portato da una donna -- a destra un dispositivo passivo portato dalla stessa donna che non riesce ad imitare le normali funzioni muscolari -- permettendole di fare una cosa che tutti dovrebbero essere in grado di fare, salire e scendere le scale di casa. La bionica consente anche straordinarie imprese atletiche. Ecco un uomo che corre su per un sentiero roccioso. Questo è Steve Martin, non l'attore, che ha perso le gambe nello scoppio di una bomba in Afghanistan.
9:33
Stiamo anche costruendo strutture esoscheletriche utilizzando gli stessi principi che avvolgono un arto biologico. Quest'uomo non ha nessun problema alle gambe, nessuna disabilità. È fisiologicamente normale, quindi questi esoscheletri applicano forze e momenti meccanici simili a quelle dei muscoli in modo che i suoi propri muscoli non debbano applicare quelle forze e quei momenti. Questo è il primo esoscheletro della storia che effettivamente accresce l'andatura umana. Riduce in maniera significativa i costi metabolici. Questo accrescimento è così significativo che quando una persona sana e normale indossa il dispositivo per 40 minuti e poi se lo toglie, le gambe biologiche sembrano ridicolmente pesanti e goffe. Stiamo entrando in un'era in cui le macchine attaccate ai nostri corpi ci renderanno più forti, più veloci e più efficienti.
10:26
Passiamo all'interfaccia elettrica: come comunicano i miei arti bionici con il mio sistema nervoso? Attraverso il mio arto residuo ci sono elettrodi che misurano gli impulsi elettrici dei miei muscoli. Questi vengono comunicati all'arto bionico, così che quando penso di muovere il mio arto fantasma, il robot rileva questo desiderio di movimento. Questo diagramma mostra in sostanza come viene controllato l'arto bionico, quindi modelliamo l'arto biologico mancante, e abbiamo scoperto che tipo di riflesso si verifica, come i riflessi della spina dorsale controllano i muscoli, e quella capacità è incorporata nei chip dell'arto bionico. Successivamente abbiamo modulato la sensibilità del riflesso, il modello di riflesso spinale, con il segnale neurale, in modo che quando rilasso i muscoli nel mio arto residuo, ricevo pochissima forza e momento, ma più attivo i muscoli, più momento ricevo, e posso anche correre. E questa è stata la prima dimostrazione di un'andatura di corsa sotto controllo neurale. È fantastico. (Applausi)
11:34
Vogliamo fare un ulteriore passo in avanti. In effetti, vogliamo chiudere il cerchio tra l'arto umano e quello bionico esterno. Stiamo facendo esperimenti per far ricrescere nervi troncati, attraverso raggi a microchannel. Dall'altro lato del canale, il nervo si attacca alle cellule, alle cellule cutanee e muscolari. Nei canali motore possiamo sentire come la persona desidera muoversi. Questo può essere inoltrato wireless all'arto bionico, poi i sensori dell'arto bionico possono essere convertiti in stimoli in canali adiacenti, canali sensoriali. Quando questo sarà completamente sviluppato e idoneo all'uso umano, persone come me non solo avranno arti sintetici che si muovono come carne e ossa, ma che davvero vengono percepiti come carne e ossa.
12:24
Questo video mostra Lisa Mallette poco dopo l'installazione di due arti bionici. Certo, la bionica fa una grande differenza nella vita delle persone.
12:34
(Video) Lisa Mallette: Oh mio Dio. Oh mio Dio, non ci posso credere. È come avere una gamba vera. Ora, non cominciare a correre.
12:49
Uomo: Ora girati, e fai la stessa cosa camminando. Cammina, passa dai talloni alle punte, come se stessi camminando in piano. Cerca di fare la salita. LM: Oh mio Dio. Uomo: Ti spinge in su? LM: Sì! Non sto neanche -- è indescrivibile. Uomo: Ti spinge in su senza problemi.
13:11
Hugh Herr: La settimana prossima vado a visitare il centro --
13:14
(Applausi) Grazie, grazie.
13:18
Grazie. La settimana prossima vado a visitare il Center for Medicare and Medicaid Services, e cercherò di convincere il CMS ad assegnare un sistema di codificazione e fatturazione appropriato, in modo che questa tecnologia possa essere messa a disposizione dei pazienti che ne hanno bisogno.
13:33
Grazie. (Applausi)
13:38
Non è cosa molto nota, ma più di metà della popolazione mondiale soffre di una qualche forma di malattia cognitiva, emotiva, sensoriale o motoria, e a causa di una tecnologia carente, troppo spesso, le malattie risultano in disabilità e una peggiore qualità di vita. Livelli base di funzionamento fisiologico dovrebbero far parte dei diritti dell'uomo. Tutti dovrebbero avere il diritto di vivere una vita senza disabilità se lo vogliono -- il diritto di vivere una vita senza depressione grave, il diritto di vedere una persona cara nel caso di persone non vedenti, o il diritto di camminare o ballare, nel caso di paralisi o amputazione. Come società, possiamo realizzare questi diritti umani se accettiamo il principio secondo il quale gli esseri umani non sono disabili. Una persona non può mai essere spezzata. Il nostro ambiente costruito, le nostre tecnologie, sono rotte e disabili. Noi non siamo obbligati ad accettare i nostri limiti, ma possiamo superare le disabilità attraverso l'innovazione tecnologica. Certo, attraverso progressi fondamentali della bionica in questo secolo, definiremo le basi tecnologiche per un'esperienza umana migliore e porremo fine alla disabilità.
14:52
Vorrei concludere con un'altra storia, una bella storia, la storia di Adrianne Haslet-Davis. Adrianne ha perso la gamba sinistra nell'attacco terroristico di Boston. Ho incontrato Adrianne quando è stata scattata questa foto al Spaulding Rehabilitation Hospital. Adrianne è una ballerina da sala.
15:10
Adrianne respira e vive la danza. È il suo mezzo di espressione. È la sua forma d'arte. Naturalmente, quando ha perso l'arto nell'attacco terroristico di Boston, voleva tornare sulla pista da ballo.
15:22
Dopo averla conosciuta e tornando a casa in macchina, ho pensato, sono un professore dell'MIT. Ho delle risorse. Costruiamole un arto bionico per permetterle di tornare alla sua vita di ballerina. Ho messo insieme scienziati dell'MIT esperti in protesi, robotica, apprendimento automatico e biomeccanica, e in 200 giorni di ricerca abbiamo studiato danza. Abbiamo fatto venire ballerini con arti biologici, e abbiamo studiato come si muovono, che tipi di forza applicano sulla pista da ballo, abbiamo preso quei dati e formulato i principi fondamentali della danza, una capacità riflessiva di danza, e abbiamo incorporato quell'intelligenza nell'arto bionico. Bionica non significa solo rendere le persone più forti e più veloci. La nostra espressione, la nostra umanità può essere incorporata nell'elettromeccanica.
16:13
Sono passati 3,5 secondi tra l'esplosione delle bombe nell'attacco terroristico di Boston. In 3,5 secondi, i criminali e codardi hanno portato via Adrianne dalla pista da ballo. In 200 giorni, ce l'abbiamo rimessa. Non ci faremo intimidire, buttare giù, ridurre, conquistare o fermare da atti di violenza. (Applausi)
16:43
Signore e signori, vi presento Adrianne Haslet-Davis, la sua prima esibizione dopo l'attacco. Balla con Christian Lightner.
16:53
(Applausi)
17:04
(Musica: "Ring My Bell" interpretata da Enrique Iglesias)
17:50
(Applausi)
18:21
Signore e signori, i membri del team di ricerca, Elliott Rouse e Nathan Villagaray-Carski. Elliott e Nathan.
18:31
(Applausi)

Trovi tutti i link ai post "TED Talks" già pubblicati qui sotto :

1° Elizabeth Gilbert sul genio

2° Il Cervello in tempo reale: C.deCharms

3° Al Gore sulle recenti modificazioni climatiche

4° Matthieu Ricard e l'abitudine alla felicità

5° Hans Rosling: I dati cambiano la Mentalità

6° Rebecca Saxe: Come si forma il giudizio morale

7° Jill Bolte Taylor: Racconto di un Ictus in diretta

8° Pranav Mistry: Nuove Tecnologie Sesto-Senso

9° Ramachandran: I Neuroni plasmano la Civiltà

10° Hans Rosling: Ascesa Asiatica come e quando

11° Rob Hopkins: Verso un Mondo senza Petrolio

12° Jamie Oliver: Educazione al Cibo per i Bambini

13° Bertrand Piccard: Avventura a Energia Solare

14° Dan Barber: Mi sono innamorato di un pesce

15° Aimee Mullins: L'opportunità delle avversità

16° Dan Buettner: Come vivere fino a 100 anni

17° Eric Topol: Il futuro senza fili della Medicina

18° James Randi demolisce le Frodi Paranormali

19° Richard Sears: Pianificare la fine del petrolio

20° Si può "affamare" il cancro con la dieta ?

21° Helen Fisher: Perché amiamo e tradiamo

22° Tan Le: Cuffia per leggere le onde cerebrali

23° J.Assange: Il mondo ha bisogno di Wikileaks

24° Hans Rosling: Cresce la popolazione globale

25° Derek Sivers: Tenetevi per voi i vostri obiettivi

26° C. Anderson: I Video stimolano l'Innovazione

27° Stefano Mancuso: L'intelligenza delle piante

28° Steven Johnson: Da dove provengono le Idee

29° Brian Skerry: Splendore e Orrore degli Oceani

30° Kristina Gjerde: Leggi Acque Internazionali

31° Marcel Dicke: Mangiare insetti: perché no ?

32° Amber Case: Siamo diventati tutti dei Cyborg

33° Hanna Rosin: I dati sull'ascesa delle Donne

34° N. Hertz: Quando non dare ascolto agli esperti

35° Patricia Kuhl: il Genio linguistico dei Bambini

36° Hans Rosling: Lavatrice magica e rivoluzione

37° Cynthia Breazeal: Arrivano i Personal Robot

38° M.Jakubowski progetta Macchine open source

39° H.Fineberg: Siamo pronti per la Neo-evoluzione?

40° Eli Pariser: Attenti alle " Gabbie di Filtri " in rete

41° Stephen Wolfram: Calcolare la teoria del tutto

42° Hong: Automobili per conducenti non vedenti

43° Alice Dreger: Il destino è scritto nell'anatomia

44° D.Kraft: Il futuro della Medicina é nelle App

45° C.Seaman: Fantastiche Foto dei Ghiacci Polari

46° Dave deBronkart: Vi presento l'e-Patient Dave

47° Fischer: Un Robot che vola come un Uccello

48° Julian Treasure: 5 modi per ascoltare meglio

49° M.Pagel: Le Lingue hanno cambiato l'Umanità

50° Huang: La democrazia soffoca la crescita economica ?

51° Bruce Schneier: Il miraggio della Sicurezza

52° Resnick: Benvenuti alla rivoluzione genomica

53° Pamela Meyer: Come smascherare i bugiardi

54° Anna Mracek: Un aereoplano che puoi guidare

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58° Plait: Come proteggere la Terra dagli asteroidi

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75° William Noel e il codice perduto di Archimede

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77° M.Banzi: Arduino Immaginazione Open-source

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79° Peter Norvig: La classe di 100 000 studenti

80° J.Enriquez: I nostri figli di una specie diversa ?

81° D.Koller: Imparare dall'Istruzione Web Online

82° S.Sankar: La nuova simbiosi Uomo-Computer

83° Andrew Blum: Cos'è veramente Internet ?

84° Carl Schoonover: Come guardare nel Cervello

85° Maurizio Seracini: La vita segreta dei dipinti

86° Killingsworth: Essere felice ? Stai nel presente

87° Schwartzberg: Natura, Bellezza e Gratitudine

88° E.Sirolli: Volete aiutare qualcuno ? State zitti !

89° A.Cuddy: Il linguaggio corporeo mostra chi sei

90° Amy Tan: La Creatività e il Processo Creativo

91° C.Shirky: Come Internet trasformerà il governo

92° E.Jorgensen: Il BioHacking puoi farlo anche tu

93° Michael Dickinson: Come Vola una Mosca

94° Elon Musk: La mente dietro Tesla e SpaceX

95° C. Mota: Giocare con i Materiali Intelligenti

96° D.Hillis: Internet puó bloccarsi, serve Piano B

97° Sergey Brin: Perché creare i Google Glass ?

98° Todd Humphreys: Come ingannare un GPS

99° P.Singer: " Altruismo Efficace " come e perché

100° Rodney Brooks: Perché ci affideremo ai Robot

101° D.Wolpert: La vera ragion d'essere del cervello

102° Kelly McGonigal: Come farsi amico lo Stress

103° Russell Foster: Perché Dormiamo ?

104° McCallum: Aiuti Tecnologici per Non Vedenti

105° R.D'Andrea: Potenza Atletica dei Quadricotteri

106° G.Giudice: L'Universo é sul filo di un rasoio ?

107° Hypponen: La NSA ha tradito la Fiducia di tutti

108° Rose George: I segreti del Trasporto Marittimo

109° M.Annunziata: La nuova era dell'Internet Industriale

110° S.Herculano: Cos'ha di speciale il cervello umano ?

111° Diana Nyad: Non mollare, non mollare mai !

112° Guy Hoffman: Perché i Robot avranno "un'anima"

113° Intervista a Larry Page: Dove sta andando Google ?

114° Edward Snowden: Come ci riprenderemo Internet

115° C.Bracy: Gli Hacker buoni sono bravi cittadini

116° D.Epstein: Gli atleti sono più veloci, più bravi e più forti ?

117° A.Bastawrous: Visite Oculistiche fatte con lo Smartphone

118° H.Herr: La nuova Bionica per Correre, Scalare e Ballare

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