Dispositivi per il benessere fisico
Tra i brevetti presentati dai ricercatori Cnr alla manifestazione 'InnovAgorà', due sono utili nel campo della riabilitazione e della biotecnologia per la salute. Ne parliamo con Matteo Malosio del Cnr-Stiima che ha inventato un giunto rotativo a rigidezza regolabile che interagisce con il paziente, aiutandolo in compiti altrimenti non possibili, e con Simone Sprio del Cnr-Istec che ha realizzato un 'cemento' per la rigenerazione di difetti ossei, dalle fratture a patologie come l'osteoporosi
A 'InnovAgorà' 2019, tra i ricercatori del Cnr c'erano anche Matteo Malosio e Alessio Prini dell'Istituto di sistemi e tecnologie industriali per il manifatturiero avanzato (Stiima) e Simone Sprio dell'Istituto di scienza e tecnologia dei materiali ceramici (Istec) del Cnr. I loro brevetti rientrano nell'ambito della riabilitazione e della biotecnologia per la salute, per la gestione di problemi fisici e il recupero delle funzioni motorie da parte di chi è affetto da patologie.
Il dispositivo realizzato da Malosio e Prini del Cnr-Stiima 'Giunto rotativo a rigidezza variabile' può essere applicato nel campo della robotica per consentire una migliore interazione tra il robot e la persona o con l'ambiente, nell'ambito dell'automazione e del controllo del moto. Il termine 'Attuatore a rigidezza variabile' (Variable Stiffness Actuator - Vsa) fa riferimento ad attuatori che consentono la regolazione, in maniera controllata, sia della configurazione di equilibrio sia della rigidezza meccanica del carico, in modo da modificarne il comportamento meccanico nell'interazione con l'uomo e l'ambiente. L'attività di ricerca degli ultimi anni ha mostrato come l'utilizzo del Vsa in scenari di collaborazione uomo-robot può risultare vantaggiosa rispetto ai classici attuatori rigidi. “Il Vsa è vantaggioso grazie al controllo della rigidezza, a una gestione efficiente dell'accumulo e del rilascio di energia meccanica durante il movimento e a un preciso controllo della forza di contatto”, spiega Matteo Malosio. “Il dispositivo, in grado di modificare la rigidezza torsionale di un giunto tramite il controllo indipendente di due assi rotativi in parallelo, consente di essere installato anche in macchine preesistenti, con un limitato consumo energetico”. Gli ambiti applicativi sono vari e adatti a eseguire differenti compiti nel campo della robotica collaborativa. “Il termine robotica collaborativa comprende l'insieme di applicazioni in cui un robot agisce a diretto contatto con l'operatore, sia nel settore industriale sia in ambito medico, e in cui i dispositivi interagenti collaborano e aiutano il paziente a svolgere movimenti che gli sono altrimenti impediti”, conclude il ricercatore. In ambito medico, l'utilizzo di soluzioni a rigidezza variabile permette di aumentare la fluidità del movimento e il comfort del paziente, rendendo meno pericoloso un eventuale impatto con l'operatore o con l'ambiente; le soluzioni più rigide favoriscono invece un posizionamento preciso del robot. 
Il brevetto 'La bio-iniezione che rigenera l'osso' di Simone Sprio del Cnr-Istec riguarda una pasta bioattiva che può essere iniettata direttamente in un difetto osseo con una procedura mini-invasiva, favorendo la rigenerazione dell'osso stesso. “La pasta è in grado di aderire alla struttura porosa dell'osso e, grazie al suo naturale autoindurimento dopo l'iniezione, di raggiungere rapidamente la stabilità meccanica e la resistenza alla compressione, creando un legame forte e attivo con l'osso circostante”, spiega Sprio. “La pasta può essere iniettata in regioni ossee a difficile accesso come ad esempio i corpi vertebrali. Una volta iniettata, si modifica, assumendo una morfologia a nanoparticelle allungate e fortemente interconnesse che provocano in pochi minuti l'indurimento della pasta. La sua microporosità stimola la migrazione e la colonizzazione delle cellule circostanti al suo interno e la sua composizione chimica facilita la formazione di nuovo osso”.
I cementi attualmente utilizzati sono composti da resine acriliche capaci di indurire rapidamente nella vertebra, ma possono causare effetti negativi per la loro eccessiva rigidezza. “Il nuovo cemento è realizzato con polveri a base di fosfati di calcio, analoghi al minerale delle nostre ossa, quali lo stronzio, capace di riequilibrare il naturale metabolismo dell'osso, ad esempio nell'osteoporosi”, conclude Sprio. “La pasta può essere realizzata in differenti composizioni per modularne le funzionalità e l'effetto terapeutico ed è anche in grado di rilasciare farmaci antitumorali, antibiotici, o antiosteoporotici in maniera controllata. Inoltre, può essere dotata di nuove bio-funzionalità attivabili magneticamente mediante nanoparticelle di idrossiapatite magnetica, un materiale di nuovissima concezione inventato sempre dai ricercatori del Cnr-Istec”.
La nuova pasta può essere impiegata anche in difetti ossei del comparto cranio-maxillofacciale, del piatto tibiale o della testa di femore e per una migliore fissazione e osteointegrazione di protesi metalliche.
Per saperne di più: http://www.cnrweb.tv/manifattura-intelligente-e-biotecnologie-per-la-salute/
Fonte: Matteo Malosio , Istituto di sistemi e tecnologie industriali per il manufatturiero avanzato, email Matteo.Malosio@stiima.cnr.it
Fonte: Simone Sprio , Istituto di scienza e tecnologia dei materiali ceramici, email simone.sprio@istec.cnr.it