Imparare a correre

Dietro l'esoscheletro "VariLeg" c'è un team interdisciplinare di undici studenti e dottorandi dell'ETH. Il primo prototipo è stato originariamente sviluppato da nove Bachelor del Dipartimento di ingegneria meccanica e dei processi nell'ambito di un progetto focus dall'autunno 2014 alla primavera 2015. L'esoscheletro che viene ora utilizzato nel Cybathlon è un ulteriore sviluppo di questo prototipo ed è stato creato in un progetto focus successivo. "Il Cybathlon è stato il nostro obiettivo fin dall'inizio", afferma Patrick Pfreundschuh, studente del corso di laurea in Ingegneria meccanica. "Eravamo convinti di poter migliorare significativamente il prototipo originale e di renderlo adatto a questa competizione unica". Insieme ad alcuni collaboratori del team originale, il nuovo team si è messo al lavoro nell'autunno 2015.

Con il loro prototipo, gli studenti vogliono risolvere un problema importante di molti esoscheletri: la mancanza di flessibilità. Questa è necessaria su terreni irregolari, in modo che le gambe possano compensare i piccoli ostacoli. Il software degli esoscheletri esistenti tiene troppo poco conto di questo problema. Le gambe si muovono sempre nella posizione specificata dal software e quindi possono facilmente ribaltarsi. Il "VariLeg", invece, è più flessibile grazie a un meccanismo a molla nel ginocchio. Invece di estendere completamente la gamba, può rimanere leggermente piegata, ad esempio.

Ciò che il team di VariLeg aveva inizialmente sottovalutato nel proseguire il progetto era la diversa gestione dell'esoscheletro da parte dei paraplegici rispetto alle persone normodotate. Nel primo progetto focus, il prototipo è sempre stato testato da persone fisicamente sane per motivi di sicurezza. Solo il secondo team è riuscito a reclutare Philipp Wipfli e Werner Witschi come due piloti paraplegici, cioè sponsor dell'esoscheletro, con l'aiuto del Centro svizzero per paraplegici (CSP). I due sono a disposizione per fornire aiuto e consigli ai giovani sviluppatori e possono anche contribuire con la loro esperienza professionale: Philipp Wipfli era un fisioterapista e Werner Witschi è un ingegnere elettrico. "Il loro feedback ci ha aiutato in particolare a rendere più ergonomici e intuitivi i movimenti dell'esoscheletro e degli accessori", spiega Patrick Pfreundschuh.

Camminare è molto faticoso per le persone paralizzate

"Una persona senza disabilità compie inconsciamente piccoli movimenti di compensazione con i muscoli delle gambe o delle anche", spiega Stefan Schrade, che sta scrivendo la sua tesi di dottorato sull'esoscheletro presso il Laboratorio di Ingegneria della Riabilitazione dell'ETH e fa parte del team di VariLeg. Ciò consente a una persona non paralizzata di mantenere molto meglio l'equilibrio. Se una persona con paralisi alle gambe sponsorizza l'esoscheletro, il dispositivo tecnico deve sopportare l'intero peso, soprattutto perché non c'è tensione muscolare. "Per consentire alle persone paralizzate di sponsorizzare VariLeg, abbiamo dovuto rendere il prototipo più stabile e rinforzare l'articolazione del ginocchio, ad esempio", riferisce Fabian Walter. In qualità di studente di ingegneria elettrica, è responsabile del controllo dei motori, tra le altre cose.

Anche la posizione eretta è molto faticosa per un paraplegico. Solo dopo un certo allenamento i piloti possono coprire l'intera distanza di gara. Per questo motivo si allenano due o tre volte alla settimana per una o due ore ogni volta. Chi di loro parteciperà alla gara sarà deciso a breve termine.

Anche con molta pratica, camminare con un esoscheletro rimane più lento che camminare con due gambe sane. Ciò è dovuto principalmente al fatto che gli esoscheletri sono ancora nelle prime fasi di sviluppo. Finora sono stati utilizzati principalmente per la riabilitazione.

Un impegno proficuo per le persone con disabilità

La possibilità di vincere il Cybathlon è una questione in apertura per gli studenti dell'ETH. "L'importante è che la nostra tecnologia funzioni perfettamente", afferma Patrick Pfreundschuh. Cosa succederà dopo la competizione è ancora in apertura. Stefan Schrade continuerà comunque la sua ricerca con il prototipo, altri membri del team come Fabian Walter vogliono iniziare il loro master e Patrick Pfreundschuh ha pianificato uno stage in un'azienda di robotica. In ogni caso, l'impegno per "VariLeg" è salario per tutti. "Stiamo sviluppando qualcosa di utile per le persone e allo stesso tempo abbiamo imparato molto sul lavoro di squadra e su altre discipline", concordano tutti.