(Z) i BREVETTI della mano artificiale

Tra i primi brevetti di mano artificiale uno di essi risale al 1912, la cui mano è inventata da David Dorrance e ha numero di pubblicazione US1042413A. Tale invenzione consiste in un dispositivo poco costoso da fabbricare e altrettanto conveniente da usare; la mano è in grado di tenere fermamente oggetti e attrezzi, in particolare utensili da tavolo e strumenti di lavoro. La costruzione, il funzionamento sono illustrati nel disegno riportato accanto, parte integrante del brevetto.

Inoltre, tale brevetto è stato citato in altre tipologie di protesi brevettate, quali quelle seguenti:

Un altro brevetto risale al 1988 il cui inventore è Gustav Rennerfelt, avente numero di pubblicazione US4792338 A. 

L'invenzione riguarda una mano artificiale o una protesi con un palmo, una coppia di dita, un pollice e un collegamento. Il meccanismo di collegamento comprende quattro giunti,

controlla i movimenti di presa della protesi ed è guidato da un motore elettrico situato nel palmo nella forma di realizzazione preferita.












Tra i brevetti più recenti, ritroviamo quello relativo al 2013, avente numero US8597370 B2, dove l'invenzione questa volta si deve a Martijn Wisse, Freerk Wilbers e Cory Meijneke. Secondo quanto riportato nella descrizione tecnica, tale invenzione si rivela adatta per applicazioni robotiche o protesi, essa comprende un telaio, elemento meccanico costitutivo, con un pollice e almeno due dita e un motorino per la regolazione del pollice e delle dita rispetto al telaio.

Intervista a Vio Bebe

La vita della giovane e famosa campionessa di scherma Beatrice Vio e le realtà che lei vive, sono una grande testimonianza della sua determinazione ma anche di quelli che sono i numerosi progressi ottenuti nell'ambito della meccanica e dell'elettronica, che le stanno permettendo tutto questo.

Si riporta di seguito il video tratto da You Tube dell'intervista fatta lo scorso anno, in cui la giovane illustra le innumerevoli funzioni delle sue nuove mani "ricaricabili":

(Y) i MODELLI della mano artificiale

La scienza e le innovazioni tecnologiche introdotte dall'uomo hanno sempre creato e portato con sé dei modelli di protesi che potessero essere efficienti e nello specifico realizzabili.
L'obiettivo dunque è stato da sempre questo proprio perché spesso le difficoltà erano dovute al fatto che dopo l'impianto, una protesi supposta di essere stata progettata in maniera idonea portasse a delle complicanze o a un rigetto da parte dell'organismo dovuto a molteplici vicissitudini legate ai materiali o alla progettazione meccanica di per sé.

Guardando al presente, tra gli ultimi modelli reali realizzati e testati per soddisfare i bisogni di bambini e giovani amputati, vi sono quelli realizzati con stampanti 3D. Queste speciali stampanti permettono di realizzare degli arti "personalizzati" del tutto funzionanti seppur spesso non impiantati chirurgicamente.
Sono pertanto protesi meccaniche e non mediche ma ad esempio la loro estetica personalizzata come un giocattolo aiuta i bambini amputati a sentirsi diversi nella maniera "giusta".

Le protesi realizzate in 3D hanno toccato anche l'ambito di modelli riguardanti il mondo della fantasia e dei supereroi pronte ad imitare ad esempio il famoso guanto di Iron Man. Tuttavia nella realizzazione di modelli aventi a che fare con supereroi vi è dietro l'obiettivo di curare sempre più l'impatto psicologico che una protesi ha sulle persone, specialmente se questa riguarda un bambino. Così che da una protesi nasce un modello psicologico e sociale volto a far sentire i bambini che la indossano dei veri supereroi non lontani da quel mondo che vivono e sognano insieme a tutti gli altri bambini.

(X) gli UTILIZZATORI della mano artificiale

Da come è abbondantemente emerso dai precedenti post del blog, è chiaro che una mano artificiale è utilizzata da chi si ritrova senza quella umana per motivi che possono essere dovuti a malformazioni congenite ma che molto spesso sono dovuti a cause fisiche traumatiche.

Coloro che progettano e impiantano questo tipo di protesi devono sottostare a delle normative specifiche, pertanto una protesi di mano non può essere utilizzata da chiunque ne avesse bisogno se non prima sottoposta a prove e certificazioni.

Ogni azienda produttrice, inoltre, sia in Italia che all'estero, a chi necessita di protesi d'arto garantisce una riabilitazione e un addestramento all'utilizzo corretto della stessa, per un funzionamento adatto col resto del corpo in modo da non causare possibili danni con l'avanzare del tempo e facendo si che ognuno di loro sappia convivere in armonia, anche psicologica, insieme alla propria "artificialità" in modo da utilizzarla nel modo migliore possibile.

(W) la STORIA e i PROTAGONISTI della mano artificiale

Nell'ambito della storia della mano artificiale è importante ricordare ciò che è avvenuto nel XVI secolo: arriva sulla scena della storia il francese Ambroisè Parè (1510-1590) considerato fondatore della chirurgia moderna. Nel 1564 pubblica Dieci libri di chirurgia con illustrazioni degli strumenti necessari, e tra questi il trattato più famoso De chirurgia, nel quale il grande innovatore progetta e descrive le prime protesi artificiali meccaniche.

 

Probabilmente un prototipo di questa mano è stato effettivamente realizzato in quel periodo, infatti quando Perè mostrò il disegno ai suoi colleghi, questi furono molto entusiasti e decisero di realizzare un prototipo che sembra sia poi stato indossato da un capitano francese in battaglia.

Andando avanti nella storia, nel decennio 1950/1960 nonostante siano ancora vivi i ricordi delle devastazioni e dei lutti del secondo conflitto mondiale riacutizzati da nuovi motivi di angoscia quali "la guerra fredda" che divide i popoli, i numerosi conflitti locali connessi alla decolonizzazione e la decadenza universale del potere, si assiste in numerose nazioni e specialmente in quelle più coinvolte nell'ultima guerra, ad una esplosione di attività creativa cui fa seguito, da un lato, una frenetica ricostruzione e industrializzazione e, dall'altro uno sviluppo dell'interesse scientifico che non ha paragone con le epoche passate. Cosicché verso la fine del decennio, il mondo della scienza si incammina, grazie alle nuove conoscenze elettroniche, in avventure mai prima pensate:

nel settore delle scienze mediche, con l'aiuto di nuovi strumenti tecnici, si vede un inseguirsi di iniziative che portano ad importanti scoperte ed alla nascita di nuovi interessi disciplinari.

In questo ambiente che caratterizza gli anni cinquanta molti esperti nel campo, sentono la necessità di potenziare l'attività e di divulgare la conoscenza di un settore medico-chirurgico ancora poco noto in Italia, ma la cui necessità sociale era sentita proprio in quegli anni nei quali la guerra prima, la ricostruzione e la rapida crescita industriale poi avevano portato con se un'alta lesività della mano.
Fu così che a questo punto, grazie al forte contributo tecnico culturale trasmesso dai grandi della chirurgia del tempo come ad esempio Marc Iselin, Erik Moberg, Sterling Bunnel e Guy Pulvertaft, prese piede in Italia l'idea di una società, di un settore specialistico dedicato interamente allo studio ed alla cura della più tipica struttura dell'uomo, la mano.

(V) i LUOGHI della mano artificiale

Nella storia delle protesi di mani artificiali prodotte fino ad oggi, sono coinvolte in Europa quattro principali nazioni europee, quali Italia, Germania, Francia e Inghilterra.
In particolare, come descritto in precedenti post, Ottobock è la principale azienda situata in Germania e diramata in Europa in grado di produrre protesi molto avanzate.
L'Italia ha dato un enorme contributo allo sviluppo e produzione di progetti d'impianto di mani bioniche e tra questi riporto un esempio, frutto di un progetto internazionale che vede l'Italia in prima linea, coordinato dal Politecnico di Losanna ma al quale hanno partecipato la Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, l'università Cattolica di Roma, l'IRCSS San Raffaele di Roma e l'Istituto IMTEK dell'università di Friburgo. Questo progetto ha consentito la realizzazione della prima mano, firmata LifeHand 2, capace di trasmettere sensazioni tattili al cervello permettendo di manipolare gli oggetti con la giusta forza.

(U) un GLOSSARIO TRILINGUE della mano artificiale

ITALIANO	INGLESE	FRANCESE	SPAGNOLO
Articolazione	Articulation	Artiulation	Articulación
Ausilio	Aid	Aide	Ayuda
Biomeccanica	Biomechanics	Biomécaniques	Biomecánica
Controllo	Control	Control	Control
Contatto	Contact	Contact	Contacto
Dita	Fingers	Doigts	Dedos
Estensione	Extension	Extension	Extensión
Forza di presa	Gripping force	Force de préhension	Fuerza de agarre
Guanto	Glove	Gant	Guante
Impianto	Plant	Installation	Planta
Movimento	Movement	Mouvement	Movimiento
Precisione	Precision	Précision	Precisión
Polifunzionale	Multifunctional	Multifonctionnel	Multifuncional
Qualità	Quality	Qualité	Calidad
Resistenza meccanica	Résistance mécanique	Mechanical resistance	Resistencia mecánica
Sensori	Sensors	Capteurs	Sensores
Tecnologia	Technology	Technologie	Tecnología
Varietà	Variety	Variété	Variedad

(T) le INDUSTRIE della mano artificiale

Per quanto concerne le industrie di mani artificiali, è evidente come queste prendano sempre più piede e si sviluppino non solo in Italia ma anche in Europa e nel mondo intero.
Si riportano, ad esempio, alcune delle industrie/aziende che producono numerosi elementi protesici e tra questi quelli della mano.

• Ottobock è un'azienda tedesca di protesi situata a Duterstadt. E' stato responsabile di diverse innovazioni nel campo delle protesi, tra cui il C-Leg, un ginocchio computerizzato che varia in modo adattivo la sua resistenza passiva per adattarsi alle diverse andature del paziente e la mano Michelangelo, una protesi robotica completamente articolata e già citata fin dai primi post.

• Officina ortopedica Maria Adelaide: è certificata dal 1998 da Det Norske Veritas per la progettazione, produzione e vendita di apparecchiature ortopediche su misura e non. Negli anni 70  introdusse in Italia nuovi prodotti nel campo della protesica di arti superiori.

• Touch Bionics: creata nel 2002, è un produttore e fornitore di tecnologie protesiche leader nel mondo. Offre servizi di supporto progettati per garantire i migliori risultati possibili per persone con carenze degli arti superiori.

• Centri protesi INAIL: in generale tutti i produttori supportati dall'INAIL per l'erogazione di supporti protesici.

(S) le TECNOLOGIE e le SCIENZE della mano artificiale

La mano umana, come già ampiamente accennato, è l’arto più complesso e sviluppato che esiste in
natura: queste sue straordinarie caratteristiche rendono la realizzazione di una mano protesica un
compito estremamente difficile, per cui di fatto non esiste attualmente una soluzione unica.
Nonostante ciò, la ricerca sta facendo moltissimi sforzi negli ultimi anni ed offre al momento delle
soluzioni tecnologiche con tempi di risposta sempre più rapidi, movimenti sempre più fini e precisi ed un aspetto sempre più simile alle mani reali.

Le Mani Poliarticolate, già accennate in post precedenti, sono le più recenti e grazie al movimento attivo di tutte e cinque le dita, offrono un movimento più fluido e naturale. Nonostante i sistemi per controllarla siano simili a quelli delle protesi tridigitali, si spera che in futuro si riescano a compiere  movimenti sempre più raffinati ed a controllare i movimenti delle singole dita, sfruttando le moderne tecniche di "pattern recognition" basate sul machine learning.
Negli ultimi venticinque anni, sono stati fatti enormi progressi nello sviluppo delle moderne protesi
di mano poliarticolate, giungendo a soluzioni tecnologicamente molto avanzate; tuttavia è
solo dal 2007 che questi dispositivi possono essere effettivamente applicati su pazienti e utilizzati
durante la vita quotidiana.

Nell'ambito delle nuove tecnologie è stato inoltre pubblicato un recentissimo articolo dai ricercatori della scuola Sant'Anna di Pisa riguardo un " nuovo e innovativo sistema di controllo" sulle protesi di arto superiore .
Clicca qui per saperne di più

(R) i RISCHI della mano artificiale

Come in altri distretti corporei, anche nella mano sono molti i progressi ma non esiste attualmente una protesi “ideale”, pertanto gli impianti possono fallire. Questo nello specifico può avvenire per diverse ragioni: mobilizzazioni (allentamento), infezioni, materiali inadatti, lussazioni o anche fattori propri del paziente stesso.

IMPIANTO IN SILICONE?!? I RISCHI... 

A proposito di rischi della mano artificiale si può prendere in considerazione ciò che fece Swanson negli anni ’60 nell'intento di migliorare in realtà i risultati della resezione-artroplastica semplice mediante l’applicazione di un impianto: propose così un modello innovativo realizzato in silicone.

L’impianto in silicone, grazie al suo basso modulo di elasticità, appariva in grado di assorbire le forze, favorendo nel tempo un’apposizione ossea secondaria. 

I vantaggi di tale tipo di impianti inoltre era rappresentato da un tempo chirurgico relativamente breve e da una soddisfacente funzionalità post-operatoria. 

Tuttavia ci sono dei limiti e sono rappresentati dall’impossibilità di ottenere un arco di movimento simile al normale e dalla rottura degli impianti.

Alcuni problemi restano ancora non del tutto risolti. La revisione delle casistiche nei controlli a lungo termine ha mostrato un’alta percentuale di rottura degli impianti per cedimento del materiale (che raggiunge il 50% nei follow-up più lunghi).

Per alcuni infatti le protesi in silicone sono instabili; nella mano, come in altri distretti anatomici, non esiste una stabilità intrinseca dei capi articolari, i quali, privati degli elementi tendinei e legamentosi, tendono a dissociarsi.

Molto si è discusso negli anni ’80 e ’90 sul rischio di siliconite locale e/o sistemica, ossia sulla formazione di cisti ossee reattive a reazione da corpo estraneo a microparticelle di silicone, pertanto i modelli in silicone sono stati ritirati dal commercio e sostituiti da analoghi in titanio. Il rilascio di detriti e la fagocitosi secondaria sono gli eventi chiave della reazione siliconitica che appare quindi legata non al materiale intrinseco, ma al rilascio di particelle da parte dello stesso.

(Q) i SIMBOLI della mano artificiale

Nell'ambito della mano artificiale, non ci sono specifici simboli che possano caratterizzarla, pertanto ho voluto postare qui di seguito delle immagini che simboleggiano l'incontro del naturale con l'artificiale poiché, seppure questo artefatto è solo un'imitazione di ciò che la natura realmente ci offre, i passi avanti che vengono fatti dalla scienza al fine di creare una connessione sempre migliore con essa sono molteplici. Questo significa quindi che,così come sottolineato già in altri post, le funzionalità di una protesi potranno essere sempre più verosimili a quelle di una mano naturale.

Inoltre, in presenza di specifiche circostanze non è consentito l'accesso ad alcune aree a persone portatrici di protesi metalliche, quale potrebbe essere una mano artificiale: in questi casi il simbolo che rappresenta ciò è quello indicato qui a fianco.

(P) le SPECIFICHE della mano artificiale

Le protesi di arto superiore, compresa la mano, sono certificate e rese sicure secondo la classificazione a norma ISO 9999:1998 approvata come norma europea EN ISO 9999 Classe 06 18.

Si riportano, ad esempio, le specifiche di protesi parziali di mano nell'ambito dell'estetica tradizionale con relativo codice di classificazione ISO e quindi caratteristiche ed elementi che ogni protesi deve avere in base allo specifico motivo per cui essa è prodotta.

 "regolamento" per ulteriori dettagli

(O) i GRAFICI della mano artificiale

Come si evince anche dal precedente post, ogni anno si verifica un elevato numero di amputazioni a volte dovuti a malformazioni che riguardano il distretto dell'arto superiore. Dagli ulteriori dati riportati nel seguente grafico che risale a diversi anni fa, si può notare come questi eventi riguardino principalmente il distretto della mano.

Dati rilevati da "La rivista per la ricerca e l'innovazione"

A questi alti numeri di amputazione nell'ambito della mano non è sempre possibile una ricostruzione con i propri tessuti e ciò corrisponde alla necessità di un impianto protesico e da questo punto di vista le amputazioni o le malformazioni della mano hanno rappresentato negli anni uno dei distretti corporei più difficili da trattare. Tuttavia, nel tempo la ricerca è di molto avanzata in questo campo, infatti, come possiamo comprendere dai precedenti post, sono diversi i modelli di impianto innovativo che stanno sempre più permettendo di riottenere un'articolazione e una sensibilità simile a quelle umane. 

(N) le STATISTICHE della mano artificiale

Secondo i dati del Ministero della Salute, le amputazioni sono 3000 l'anno, di cui circa il 25% di arto totale e il 95% amputazioni a livello delle dita o della mano, totali o parziali.
Le cause principali che portano all'amputazione di un arto superiore e quindi anche della mano, con seguente necessità di impianto artificiale possono essere:

• Traumatiche: si riportano nel grafico le principali cause traumatiche

E' stato possibile rielaborare i dati nel presente grafico grazie a un lavoro di ricerca sperimentale presente in rete

• Per malattie: le maggiori patologie che portano ad amputazione e successivo impianto artificiale sono patologie vascolari, diabete e tumori. Si stima che ci siano 135 milioni di persone nel mondo con diabete, le cui complicanze portano ad amputazione degli arti; solo una piccola parte è dovuta a tumori delle ossa, dei muscoli e della pelle. Inoltre anche le labbra possono causare una perdita di sensibilità alle mani e queste possono portare a infezioni che se non curate conducono ad amputazione.

• Malformazioni congenite: queste possono essere amelie (mancanza completa dell'arto) o focomelie (assenza di segmenti intermedi dell'arto come ad esempio la mano) ed altre.

La maggior parte degli amputati per cause traumatiche sono assistiti dall'INAIL e hanno accesso a protesi ad alto contenuto tecnologico. Gli infortunati in ambito civile, invece, sono assistiti dall'AUSL, ma spesso le agevolazioni economiche non sono sufficienti e si è costretti a scegliere soluzioni meno funzionali.

(M) i NUMERI della mano artificiale

Si riportano le caratteristiche principali degli ultimi 3 tipi di "mano poliarticolata" sviluppate negli ultimi anni, ovvero iLimb, Bebionic e Michelangelo, seguite dalle loro caratteristiche fisiche e tecniche in tabella.

• iLimb: è dotata di 5 dita singolarmente attive e di un micromotore elettrico che attraverso una serie di ingranaggi permette la flessione e l'estensione delle principali articolazioni di una mano. Le dita sono parallele le une alle altre, diversamente dalla mano umana in cui in fase di apertura queste tendono ad aprirsi a rastrello.

• Bebionic: protesi di mano molto avanzata, permette la realizzazione di 14 prese attraverso un attuatore lineare presente in ogni dito azionato da un motore elettrico e posizionato nel palmo. La velocità di chiusura delle dita è molto rapida permettendo un movimento completo della mano in 0.8 m/s.

• Michelangelo: la sua struttura si discosta sensibilmente dalle altre due, il singolo dito non è l'elemento di base e il palmo, pur essendo di dimensioni compatte contiene l'elettronica della mano e il motore responsabile della flesso estensione di tutte le dita, e quindi della generazione della forza di presa.

Caratteristiche tecniche delle tre mani

(L) nei FUMETTI

Iron Man-Comics-Manga-Riviste

Nell'ambito dei fumetti, un personaggio famoso reso noto dalla Marvel Comics è Iron Man.
Noto per i suoi super poteri e per il suo grande quoziente intellettivo, diviene capace di fondere l'armatura al suo stesso corpo.

Iron Man si dota pertanto di una potente armatura esoscheletrica che gli conferisce forza e velocità sovrumane, una resistenza allo strenuo dell'invulnerabilità e capacità di volare raggiungendo velocità elevatissime.
Il sistema di armamenti dell'armatura si è evoluto nel tempo: la sua terza armatura, ad esempio, di colore rosso e oro e denominata Mark III, è formata da una lega di oro e titanio quindi molto resistente.
Tuttavia, l'arma offensiva tradizionale di Iron Man rimangono i raggi repulsori emessi dal palmo dei guanti.
Per questo motivo che si potrebbe associare il super potere dei guanti a qualcosa di innaturale che risiede nelle sue mani, visto appunto come un artificio che gli appartiene e che fa di lui un forte combattente dai poteri speciali.