Robotica umanoide: Androidi e Ginoidi (ebook gratuito) - WWW.OLOSCIENCE.COM

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libro, ebook, robotica, robot, ingegneria, umanoidi, giappone

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Robotica umanoide: Androidi e Ginoidi (ebook gratuito) - WWW.OLOSCIENCE.COM

  1. 1. Fausto Intilla Androidi Prima edizione: Gennaio 2010 © 2010 by Fausto Intilla Pubblicazione privata, non commerciale.Disponibile solo ed esclusivamente in formato elettronico (e-book). WWW.OLOSCIENCE.COM
  2. 2. Una nota importante:Questo libro, è il frutto di una raccolta di testi (riportatifedelmente nella loro forma originale), immagini einformazioni tratte prevalentemente dal Web. Alla finedi ogni paragrafo, sarà mia premura quindi, fornire ailettori tutti i link relativi alla sitografia specifica da cuisono state tratte le informazioni.Il contenuto:Nel libro viene presentato il percorso evolutivo degliautomi artificiali, dall’antichità sino ai tempi moderni.Verrà quindi descritto il loro progressivo sviluppo, daitempi in cui era possibile parlare solo di funzionalitàmeccaniche di tali congegni artificiali, sino ai giorninostri, in cui la meccanica di questi automi (chiamatisempre più comunemente androidi o ginoidi, poichèsempre più spesso vengono costruiti con sembianzeumane) si fonde con il mondo della bioingegneria,attraverso elementi costruttivi e costitutivi le cui basipoggiano sui moderni concetti di neuro-robotica ecibernetica.Verranno inoltre esaminati i possibili risvolti di unafutura interazione tra esseri umani e automi artificiali,quando questi ultimi saranno ormai così numerosi, darappresentare una vera e propria società parallela aquella umana.
  3. 3. INDICEParte II primi automi della storia: dalle idee di Leonardo aquelle di Jacques de Vaucanson. 04Qualche passo nella fantascienza: da Frankenstein diMary Shelley ai replicanti di Philip K. Dick. 23Dalla robotica umanoide agli organismi cibernetici.38Parte IIBioingegneria e sistemi neuro-robotici. 83Sviluppo e tecnologia dei moderni automi: dagliandroidi della Hanson Robotics a quelli del Prof.Hiroshi Ishiguro. 109Il futuro degli esseri umani: evoluzione e convivenzacon i robot. 126
  4. 4. I primi automi della storia: dalle idee di Leonardo a quelle di Jacques de Vaucanson. “Per inventare hai bisogno di una buona immaginazione e di una pila di cianfrusaglie”. Thomas Alva EdisonL’automa cavaliere di Leonardo Da Vinci.Gli automi ebbero una fase di grande sviluppo inseguito alla riscoperta della cultura greca durante ilRinascimento. Oltre ai progressi nella filosofia dellascienza e in discipline come astronomia, matematica egeometria, ci furono diversi avanzamentitecnologici. La riscoperta degli scritti di scienziaticome Ctesibio ed Erone di Alessandria, così comequelli di Filone di Bisanzio, fortunatamente conservatia opera degli arabi e dei bizantini, ebbe sicuramenteinfluenza sugli studiosi rinascimentali.È ormai entrato nell’immaginario comune che tra itantissimi progetti di Leonardo ci sia anche quello diun “cavaliere meccanico”. La prima vera tecnologiadegli automi meccanici si può far risalire al medioevo,quando si cominciano a costruire le prime figuremobili che arricchivano i campanili e gli orologi dellechiese.
  5. 5. Il primo progetto documentato di un androide è firmatoappunto da Leonardo da Vinci e risale al 1495 circa:appunti riscoperti negli anni cinquanta nel codiceAtlantico1 e in piccoli taccuini tascabili databili intornoal 1495-1497 mostrano disegni dettagliati per uncavaliere meccanico in armatura, che eraapparentemente in grado di alzarsi in piedi, agitare lebraccia e muovere testa e mascella, emettendo suonidalla bocca grazie ad un sofisticato meccanismo dipercussioni collocato allaltezza del petto. Lautomacavaliere di Leonardo era probabilmente previsto peranimare una delle feste alla corte sforzesca di Milano,tuttavia non è dato sapere se fu realizzato o meno. Il primo a identificarlo nascosto tra i disegni vinciani èstato Carlo Pedretti, nel 1957. Nel 1974, a firma diLadislao Reti, il cavaliere meccanico viene citatonuovamente, nell’edizione da lui curata del CodiceMadrid. Per arrivare a un tentativo di ricostruzione,bisogna attendere il 1996: Mark Rosheim pubblicainfatti un suo studio e poi collabora con l’Istituto eMuseo di Storia della Scienza di Firenze, che in una1 Il codice Atlantico è la più ampia raccolta di disegni e scritti diLeonardo da Vinci, comprendente 1119 fogli raccolti in 12volumi, ed è attualmente conservato alla Biblioteca Ambrosianadi Milano. Il nome del codice è dovuto alla dimensione dellepagine (64,5 x 43,5 cm), simile a quella delle pagine di un atlante.I fogli sono assemblati senza un ordine preciso ed abbracciano unlungo periodo degli studi leonardeschi, dal 1478 al 1519. Sonopresenti diversi argomenti: anatomia, astronomia, botanica,chimica, geografia, matematica, meccanica, disegni di macchine,studi sul volo degli uccelli e progetti darchitettura.
  6. 6. sua mostra dedicherà così una sezione al robot studiatoda Rosheim. Ma sarà solo nel 2002 che Rosheimcostruirà un modello fisico completo, per undocumentario della BBC. Da allora, in molte mostre emusei di modelli vinciani si può trovare una copia diun soldato con rotelle chiamato “il robot di Leonardo”.Gli studi sull’argomento riferiscono che i manoscrittidel progetto del robot di Leonardo si trovano nelCodice Atlantico, soprattutto sul foglio 579r. Ulterioriricerche individuano anche i fogli 1077r, 1021r e1021v come possibile fonte dei meccanismi di questomisterioso robot umanoide. Modello dellautoma cavaliere di Leonardo e (a fianco) i suoi meccanismi interni (esposizione Leonardo da Vinci. Mensch - Erfinder - Genie, Berlino 2005)Lautoma di Leonardo, che era il frutto delle ricerchedei precedenti studi di anatomia e cinetica registrati nelCodice Huygens, rispettava nelle proporzioni il canonedelle proporzioni dellUomo vitruviano. È stato
  7. 7. ipotizzato (secondo voci raccolte da Vasari, Lomazzo eBuonarroti) che Leonardo abbia anche lavorato ad unautoma a forma di leone, di cui però non esiste alcunatestimonianza diretta.Il primo “automa funzionante”La fine del XVIII secolo e il XIX secolo vede fiorire lamoda degli automi meccanici, concepiti soprattuttocome sofisticati giocattoli, ma talvolta assaiperfezionati. Il primo automa funzionante conosciutovenne creato nel 1738 da Jacques de Vaucanson2, chefabbricò un automa che suonava il flauto, così come2 Jacques de Vaucanson (Grenoble, 1709 – Parigi, 1782) è statoun inventore e meccanico francese. Inventore del primo telaioautomatico. Costruì il suo primo meccanismo automatico nel1737. Nel 1751 inventò una ruota automatica per la dipanaturache utilizzava la tessitura a spina di pesce. Più tardi creò il primotelaio interamente automatico, di cui fu costruito un modello nel1745. Tra i suoi congegni mise a punto elementi meccanici chesono tuttora utilizzati per le macchine utensili. Vaucanson èinoltre famoso per aver costruito alcuni automi, tra i quali unpiccolo flautista completamente automatizzato dotato di labbramobili, una lingua meccanica che fungeva da valvola per il flussodellaria e dita mobili le cui punte in pelle aprivano e chiudevano iregistri del flauto. Ma la sua più grande opera fu unanatra, unautoma di tale versatilità da non essere ancora stato superato.Lanatra poteva bere acqua con il becco, mangiare semi di grano ereplicare il processo di digestione in una camera speciale, visibileagli spettatori; ognuna delle sue ali conteneva quattrocento parti inmovimento, che potevano simulare alla perfezione tutte lemovenze di unanatra vera. Voltaire fu cosi colpito da questiautomi da battezzare Vaucanson "il rivale di Prometeo". Nel 1746fu ammesso allAccademia delle Scienze.
  8. 8. unanatra meccanica che, secondo le testimonianze,mangiava e defecava.Alla fine del Settecento ad un inventore ungherese, ilbarone Wolfgang Von Kempelen, fu attribuitalideazione di un automa in grado di giocare a scacchi,Il Turco, poi rivelatosi (nel 1857) un elaboratoimbroglio. Tra il 1770 ed il 1773 due inventori, Pierree Henri-Louis Jaquet-Droz, costruirono tresorprendenti automi: uno scrivano, un disegnatore edun musicista (ancora funzionanti, si trovano nel MusèedArt et dHistoire di Neuchâtel in Svizzera). Le Canard digérateur (lanatra digeritrice) di Jacques de Vaucanson, salutato nel 1739 come il primo automa capace di digestione.
  9. 9. Automi nell’antichitàGli automi nel mondo ellenistico erano concepiti comegiocattoli, idoli religiosi per impressionare i fedeli ostrumenti per dimostrare basilari principi scientifici,come quelli costruiti da Ctesibio, Filone di Bisanzio(III secolo a.C.) ed Erone di Alessandria (I secolo).Quando gli scritti di Erone su idraulica, pneumatica emeccanica, conservati a opera degli arabi e deibizantini, furono tradotti in latino nel Cinquecento e initaliano, i lettori iniziarono a ricostruire le suemacchine, tra cui sifoni, un idrante, un organoidraulico, leolipila3 e, appunto, gli automi, sulla cui3 Leolipila può essere considerato lantenato della macchina avapore. Ideato nel I secolo dal matematico e scienziato grecoErone il vecchio, è costituita da una sfera (probabilmentemetallica), che si mantiene in rotazione per effetto del vaporecontenuto al suo interno, che fuoriesce con forza da due tubisottili a forma di “L”. Una sfera cava di rame è collegata con duetubicini ricurvi che si dipartono da due punti estremi della sferaposti sullo stesso asse diametrale. I tubicini terminano con duebrevi tratti rettilinei paralleli tra loro, ma situati rispetto allassediametrale, da parti opposte. Uno dei tubicini è saldato alla sfera,laltro può essere svitato per riempire dacqua la sfera. Ambedueterminano con un forellino. La sfera può ruotare attorno ad unasse diametrale orizzontale per mezzo di due supporti sostenuti dadue colonne sagomate di legno, poste su una larga base di legno.Riempita di acqua la sfera, la si riscalda con la fiamma. Quando illiquido raggiunge una temperatura sufficientemente elevata, ilgetto del vapore dagli orifizi pone in rotazione la sfera intornoallasse diametrale orizzontale. Il verso del moto è naturalmenteopposto a quello dei getti. La eolipila fu ideata da Erone diAlessandria, celebre matematico ed ingegnere del I secolo d.C.
  10. 10. costruzione Erone aveva scritto uno dei suoi trattati dimaggior successo, Automata, in cui egli illustra teatriniautomatici dotati di moto autonomo, rettilineo ocircolare, per tutta la durata dello spettacolo.Si conosce lesistenza di complessi dispositivimeccanici nella Grecia antica, benché lunicoesemplare sopravvissuto sia la Macchina di Anticitera4.4 La macchina di Anticitera (greco moderno: O µηχανισµός τωνΑντικυθήρων, O michanismós ton Andikithíron), nota anche comemeccanismo di Antikythera, è il più antico calcolatoremeccanico conosciuto, databile intorno al 150-100 a.C. Si tratta diun sofisticato planetario, mosso da ruote dentate, che serviva percalcolare il sorgere del sole, le fasi lunari, i movimenti dei cinquepianeti allora conosciuti, gli equinozi, i mesi, i giorni dellasettimana e - secondo un recente studio pubblicato su Nature - ledate dei giochi olimpici. Trae il nome dallisola greca di Anticitera(Cerigotto) presso cui è stata rinvenuta. È conservata presso ilMuseo archeologico nazionale di Atene. Il meccanismo furitrovato nel 1900 grazie alla segnalazione di un gruppo dipescatori di spugne che, persa la rotta a causa di una tempesta,erano stati costretti a rifugiarsi sullisoletta rocciosa di Cerigotto.Al largo dellisola, alla profondità di circa 43 metri, scoprirono ilrelitto di unenorme nave affondata, risalente all87 a.C. e adibitaal trasporto di statue in bronzo e marmo. Il 17 maggio 1902larcheologo Spyridon Stais, esaminando i reperti recuperati dalrelitto, notò che un blocco di pietra presentava un ingranaggioinglobato allinterno. Con un più approfondito esame si scoprì chequella che era sembrata inizialmente una pietra era in realtà unmeccanismo fortemente incrostato e corroso, di cui eranosopravvissute tre parti principali e decine di frammenti minori. Sitrattava di unintera serie di ruote dentate, ricoperte di iscrizioni,facenti parte di un elaborato meccanismo ad orologeria. Lamacchina era delle dimensioni di circa 30 cm per 15 cm, dellospessore di un libro, costruita in bronzo e originariamente montatain una cornice in legno. Era ricoperta da oltre 2.000 caratteri di
  11. 11. scrittura, dei quali circa il 95% è stato decifrato (il testo completodelliscrizione non è ancora stato pubblicato). Il meccanismo èattualmente conservato nella collezione di bronzi del Museoarcheologico nazionale di Atene, assieme alla sua ricostruzione.Alcuni archeologi sostennero che il meccanismo era troppocomplesso per appartenere al relitto ed alcuni esperti dissero che iresti del meccanismo potevano essere fatti risalire ad un planetarioo a un astrolabio. Le polemiche si susseguirono per lungo tempoma la questione rimase irrisolta. Solo nel 1951 i dubbi sulmisterioso meccanismo cominciarono ad essere svelati.Quellanno infatti il professor Derek de Solla Price cominciò astudiare il congegno, esaminando minuziosamente ogni ruota edogni pezzo e riuscendo, dopo circa ventanni di ricerca, ascoprirne il funzionamento originario. Il meccanismo risultòessere un antichissimo calcolatore per il calendario solare elunare, le cui ruote dentate potevano riprodurre il rapporto di254:19 necessario a ricostruire il moto della Luna in rapporto alSole (la Luna compie 254 rivoluzioni siderali ogni 19 anni solari).Lestrema complessità del congegno era inoltre dovuta al fatto chetale rapporto veniva riprodotto tramite lutilizzo di una ventina diruote dentate e di un differenziale, un meccanismo che permettevadi ottenere una rotazione di velocità pari alla somma o alladifferenza di due rotazioni date. Il suo scopo era quello dimostrare, oltre ai mesi lunari siderali, anche le lunazioni, ottenutedalla sottrazione del moto solare al moto lunare siderale. Sullabase della sua ricerca, Price concluse che, contrariamente a quantosi era creduto in precedenza, nella Grecia del II secolo a.C.esisteva effettivamente una tradizione di altissima tecnologia. Ilmeccanismo di Anticitera, nonostante non trovi pari sino allarealizzazione dei primi calendari meccanici successivi al 1050,rimane comunque perfettamente integrato nelle conoscenze delperiodo tardo ellenistico: vi sono rappresentati solo i cinquepianeti visibili ad occhio nudo ed il materiale usato è un metallofacilmente lavorabile. Ad Alessandria dEgitto infatti durantelellenismo operarono molti studiosi che si dedicarono anche adaspetti tecnologici realizzando macchine come quella a vapore diErone. A Siracusa inoltre già dal 213 a.C. Cicerone cita lapresenza di una macchina circolare costruita da Archimede con laquale si rappresentavano i movimenti del Sole, dei pianeti e della
  12. 12. In origine si pensava provenisse da Rodi, dove sembraesistesse una tradizione di ingegneria meccanica;lisola era rinomata per i suoi automi. Informazioniricavate da recenti esami del frammento indicano chepotrebbe essere proveniente dalle colonie di Corinto inSicilia, il che indicherebbe una connessione conArchimede. Vi sono inoltre esempi dal mito: Dedaloutilizzò largento vivo per installare una voce nelle suestatue. Efesto creò automi per il suo laboratorio: Talo,un uomo artificiale di bronzo e, secondo Esiodo, ladonna Pandora. Nellantica Cina un curioso resocontosugli automi si trova nel testo del Libro del VuotoPerfetto5 (Liè Zĭ) scritto nel III secolo a.C.. In esso vi èuna descrizione di un più antico incontro tra re Mu delLuna, nonché delle sue fasi e delle eclissi. Tuttavia lunicità delmeccanismo di Anticitera risiede nel fatto che è lunico congegnoprogettato in quel periodo arrivato sino ai giorni nostri e nonrimasto nel limbo delle semplici "curiosità". Il meccanismo diAnticitera è a volte citato tra i casi di OOPArt (Out of placeartifacts), i cosiddetti "manufatti fuori dal tempo", dai sostenitoridellarcheologia misteriosa, i quali non vi riconoscono un artefattoscientifico ellenistico.5 Il Liezi 列 , pinyin Liè Zĭ o Lieh Tzu è un testo taoista che era 列incluso nel catalogo della libreria imperiale con il nome di ?Trattato del Vuoto Perfetto 冲 经 . Lautore del testo è Lie 冲Yukou, spesso chiamato lui stesso Lie Zi. Lopera completa lafamosa trilogia taoista insieme ai testi del più famoso Lao Zi,fondatore della religione, e di Zhuang Zi. È generalmenteconsiderato il più pratico dei testi taoisti, se comparato allescritture filosofiche di Lao Zi e ai poemi narrativi di Zhuang Zi.
  13. 13. regno di Zhou (1023-957 a.C.) e un ingegneremeccanico chiamato Yan Shi, un artefice.“Il re rimase stupito alla vista della figura. Camminavarapidamente, muovendo su e giù la testa, e chiunqueavrebbe potuto scambiarlo per un essere umano vivo.Lartefice ne toccò il mento e iniziò a cantareperfettamente intonato. Toccò la sua mano e mimò delleposizioni tenendo perfettamente il tempo... Verso la finedella dimostrazione, lautoma ammiccò e fece delleavance ad alcune signore lì presenti, il che fece infuriareil re che avrebbe voluto Yen Shih [Yan Shi] giustiziatosul posto ed egli, per la paura mortale, istantaneamenteridusse in pezzi lautoma al fine di spiegarne il suofunzionamento. E, in effetti, dimostrò che lautoma erafatto con del cuoio, del legno, della colla e della lacca,bianco, nero, rosso e blu. Esaminandolo più da vicino ilre vide che erano presenti tutti gli organi interni: unfegato completo, una cistifellea, un cuore, dei polmoni,una milza, dei reni, lo stomaco ed un intestino. Inoltrevide che era fatto anche di muscoli, ossa, braccia con lerelative giunture, pelle, denti, capelli, ma tutto artificiale... Poi il re fece la prova di togliergli il cuore e osservòche la bocca non era più in grado di proferir parola. Glitolse il fegato e gli occhi non furono più in grado divedere; gli tolse infine i reni e le gambe non furono più ingrado di muoversi. Il re ne fu deliziato.”NellVIII secolo lalchimista islamico Giabir ibnHayyan (Geber) inseriva nel suo trattato Il libro dellepietre delle ricette per costruire serpenti, scorpioni edesseri umani artificiali che fossero soggetti al controllodel loro creatore. Nell827 il califfo al-Mamun avevaun albero dargento e oro nel suo palazzo a Baghdad,
  14. 14. che aveva le caratteristiche di una macchinaautomatica: cerano uccelli di metallo che cantavanoautomaticamente sui rami oscillanti di questalberocostruito da inventori e ingegneri islamici del tempo. Ilcaliffo abbaside al-Muktadir possedeva a sua volta unalbero dorato nel suo palazzo di Baghdad nel 915, conuccelli che battevano le ali e cantavano. Nel IX secoloi fratelli Banū Mūsā inventarono un flautistaautomatico che sembra essere stato la prima macchinaprogrammabile, e che descrissero nel loro Libro deidispositivi ingegnosi.Tra gli altri esempi notevoli di automi vi è la colombadi Archita, mezionata da Aulo Gellio. Analoghiresoconti cinesi di automi volanti si trovano negliscritti del V secolo del filosofo moista Mozi e del suocontemporaneo Lu Ban, che costruì uccelli artificiali inlegno (ma yuan) che potevano effettivamente volare,secondo quanto riportato da Han Fei e in altri testi.Automi dal XIII al XIX secoloAd Al-Jazari è attribuito il primo progetto documentatodi automa programmabile nel 1206, usato per una seriedi automi umanoidi. Il suo automa era una nave conquattro musicisti che galleggiava su un lago perintrattenere gli ospiti alle feste di corte. Il suomeccanismo aveva una batteria di percussioniprogrammabile con pistoncini (camme) che battevanosu piccole leve che operavano la percussione. Ilsuonatore di tamburi poteva eseguire differenti ritmi edifferenti partiture se i pistoncini erano spostati.Secondo Charles B. Fowler, gli automi erano una
  15. 15. "banda musicale di robot" i quali potevano eseguire"più di cinquanta movimenti facciali e del corpodurante ogni selezione musicale."Al-Jazari inventò anche un automa per il lavaggio dellemani utilizzando per la prima volta il meccanismo discarico utilizzato oggi per il vaso delle toilette. Si trattadi un automa con sembianze femminili con un bacileriempito dacqua. Quando lutilizzatore preme la leva,lacqua scorre e lautoma riempie nuovamente il bacile.La sua "fontana del pavone" era un altro dispositivopiù sofisticato per il lavaggio delle mani fornito diautomi umanoidi come servi che offrono sapone easciugamani. Mark E. Rosheim la descrive così:“Pulling a plug on the peacocks tail releases water outof the beak; as the dirty water from the basin fills thehollow base a float rises and actuates a linkage whichmakes a servant figure appear from behind a door underthe peacock and offer soap. When more water is used, asecond float at a higher level trips and causes theappearance of a second servant figure — with a towel!”Al-Jazari in tal modo sembra sia stato il primoinventore a mostrare un interesse nel creare macchinadi forma umana per scopi pratici come manipolarelambiente per il comfort delle persone.Villard de Honnecourt, nel suo taccuino degli anni1230, mostra progetti per automi zoomorfi e un angeloche rivolge perpetuamente il volto al sole.Unaquila in legno costruita da Regiomontano (1436-1476) volò - come riferito da Hakewill - dalla città di
  16. 16. Konigsberg per incontrare limperatore, salutarlo etornare indietro. Regiomontano costruì inoltre unamosca di ferro della quale egli stesso ebbe a dire chead una festa si fosse levata dalle sue mani, avessevolato in cerchio e fosse ritornata a lui. Lo scrittorecinese Xiao Xun scrisse che quando il fondatore delladinastia Ming Hongwu (r. 1368–1398) stavadistruggendo il palazzo di Khanbaliq che appartenevaalla precedente dinastia Yuan, vi furono trovati - tra imolti altri dispositivi meccanici - degli automidellaspetto di tigri.Il Rinascimento testimonia un considerevole ritornodinteresse per gli automi. I trattati di Erone diAlessandria vennero pubblicati e tradotti in latino eitaliano. Nel Settecento furono costruiti numerosiautomi per meccanismi ad orologeria, principalmentedagli artigiani delle libere città imperiali dellEuropacentrale. Questi dispositivi meravigliosi trovaronoospitalità nei "gabinetti delle curiosità" oWunderkammer delle corti principesche europee. Per legrotte dei giardini furono costruiti automi idraulici epneumatici, simili a quelli descritti da Erone.In Cartesio si può riscontrare una nuova attitudine neiconfronti degli automi, quando egli suggerisce che icorpi degli animali sono nientaltro che complessemacchine: le ossa, i muscoli e gli organi potrebberoessere rimpiazzati da pulegge, pistoni e camme.In tal modo il meccanicismo divenne lo standard alquale erano comparati la Natura e lorganismo. LaFrancia settecentesca fu la patria di quegli ingegnosi
  17. 17. giocattoli meccanici che sarebbero divenuti deiprototipi per i motori della rivoluzione industriale.Così nel 1649, quando Luigi XIV era ancora unbambino, un artigiano di nome Camus progettò per luiun cocchio in miniatura, e cavalli completi di fanti euna signora nella vettura; tutte queste figuremostravano un movimento perfetto. Secondo P. Labat,il generale de Gennes construì, nel 1688, oltre amacchine per lartiglieria e la navigazione, un pavoneche camminava e mangiava. il gesuita AthanasiusKircher produsse diversi automi per mettere in scenaspettacoli, tra cui una statua che parlava .Maillardet, un meccanico svizzero, costruì un automacapace di disegnare quattro figure e scrivere tre poemi(oggi conservato al museo scientifico del FranklinInstitute di Filadelfia). John Joseph Merlin, di originebelga, creò il meccanismo dellautoma del Cignodargento (ora al Bowes Museum). Secondo il filosofoMichel Foucault, Federico II il Grande, re di Prussiadal 1740 al 1786, era "ossessionato" dagli automi.Secondo Manuel de Landa, "mise insieme le suearmate così come un meccanismo ben oliato i cuicomponenti erano guerrieri simili a robot."Il Giappone adottò gli automi durante il periodo Edo(1603 - 1867); erano noti come Karakuri ningyō(かかか か 人 ?). Il famoso prestigiatore Jean Eugène 人Robert-Houdin (1805 - 1871) era conosciuto per avercreato automi per i suoi spettacoli da palcoscenico. Ilperiodo tra il 1860 e il 1910 è conosciuto come "letàdoro degli automi". In quegli anni prosperavano aParigi numerose piccole imprese familiari di costruttori
  18. 18. di automi. Dalle loro officine esportarono in tutto ilmondo migliaia di automi meccanici e uccellimeccanici che cantavano. Sono questi automi francesiad essere collezionati oggi e, sebbene oggi rari ecostosi, attraggono collezionisti da ogni parte delmondo. I principali costruttori francesi furono Vichy,Roullet & Decamps, Lambert, Phalibois, Renou eBontems. Una replica moderna dell’eolipila.
  19. 19. Macchina di Anticitera: Frammento principale del meccanismo Schema del meccanismo di Anticitera
  20. 20. Macchina di Anticitera: Ricostruzione del meccanismo, Museo archeologico nazionale di Atene.
  21. 21. Macchina di Anticitera: Vista laterale del modello ricostruttivo, Museo archeologico nazionale di Atene.
  22. 22. Sitografia specifica:http://it.wikipedia.org/wiki/Androidehttp://it.wikipedia.org/wiki/Automa_cavalierehttp://it.wikipedia.org/wiki/Automa_meccanicohttp://it.wikipedia.org/wiki/Codice_Atlanticohttp://it.wikipedia.org/wiki/Jacques_de_Vaucansonhttp://it.wikipedia.org/wiki/Eolipilahttp://it.wikipedia.org/wiki/Macchina_di_Anticiterahttp://it.wikipedia.org/wiki/Libro_del_Vuoto_Perfettohttp://www.leonardo3.net
  23. 23. Qualche passo nella fantascienza: da Frankenstein di Mary Shelley ai replicanti di Philip K. Dick “La disumanità del computer sta nel fatto che, unavolta programmato e messo in funzione, si comporta in maniera perfettamente onesta”. Isaac AsimovGli androidi nella letteraturaUna volta che la tecnologia avanzò al punto che lagente intravedeva delle creature meccaniche comequalcosa più che dei giocattoli, la risposta letteraria alconcetto di essere artificiale rifletté le paure che gliesseri umani avrebbero potuto essere rimpiazzati dalleloro stesse creazioni intelligenti. Nella letteratura ilprimo classico riferito alla creazione di un essereumano artificiale è in genere considerato il romanzoFrankenstein (1818) di Mary Wollstonecraft Shelley,che spesso è anche citato come la prima opera difantascienza. La creatura del dottor Frankenstein eraassemblata con parti di cadaveri, utilizzando perinfonderle la vita una strumentazione scientifica (nonsi tratta dunque di un automa meccanico, ma piuttostodi quello che molti anni dopo sarebbe stato definito uncyborg).
  24. 24. Il racconto di E.T.A. Hoffmann Luomo della sabbia(1815) narra lamore tra un uomo e una bambolameccanica; nel romanzo breve La storia filosofica deisecoli futuri (1860) Ippolito Nievo indicò linvenzionedei robot (da lui chiamati omuncoli, uomini diseconda mano o esseri ausiliari) come linvenzionepiù notevole della storia dellumanità, e in Steam Manof the Prairies (1865) Edward S.Ellis espresse lafascinazione americana per lindustrializzazione.Giunse unondata di storie su automi umanoidi, checulminò nell Uomo elettrico di Luis Senarens, nel1885. Il primo ad utilizzare il termine androide in unromanzo fu però il francese Mathias Villiers de lIsle-Adam (1838-1889) nella sua opera più celebre, Evafutura (LÈve future, 1886), nel quale il protagonista èaddirittura Thomas Edison, il quale inventa una donnaartificiale quasi perfetta.Impossibile non citare il racconto dellitaliano CarloCollodi del 1883, Le avventure di Pinocchio, in cui unbambino di legno prende vita. La storia, purutilizzando elementi fiabeschi piuttosto chefantascientifici, contiene i temi fondamentali deisuccessivi racconti sugli androidi. Un precursore delmoderno androide è da molti considerato il Golem, latemibile creatura protagonista di una vecchia leggendadel ghetto ebraico di Praga. In questo caso si tratta diuna statua dargilla che prende vita grazie alla magiacabalistica e non alla tecnologia scientifica. Unaversione più moderna del Golem6 lo vede però6 Il Golem (ebr. ) è una figura immaginaria frutto dellamitologia ebraica e del folklore medievale. Il termine derivaprobabilmente dalla parola ebraica gelem che significa "materia
  25. 25. costruito come una specie di androide, nella novella diU.D. Horn (Der Rabby von Prag, 1842) e nel librettodi F. Hebbel per il dramma musicale di ArthurRubinstein Ein Steinwurf (1858): il Golem viene quirappresentato come un uomo-macchina di legno con unmeccanismo ad orologeria dentro la testa. La leggendadel Golem viene infine ripresa e resa famosa dalromanzo Il Golem (Der Golem) del 1915 dello scrittoree occultista praghese Gustav Meyrink.Nel dramma R.U.R. (Rossums Universal Robots)(1920) del ceco Karel Čapek appaiono uominiartificiali organici, utilizzati come forza lavoro a bassocosto. Lopera è famosa per avere introdotto il terminerobot. La procedura di costruzione degli androidi diRossum comprende macchine per impastare e tini peril trattamento di protoplasma chimico. Quando ildramma di Čapek introdusse il concetto di una catenadi montaggio operata da robot che costruivano altrirobot, il tema prese delle sfumature politiche efilosofiche, ulteriormente disseminate da film classicicome Metropolis (1927), il popolare Guerre Stellari(1977), Blade Runner (1982) e Terminator (1984).Tra il 1940 e il 1941 Isaac Asimov, con lacollaborazione delleditore John W. Campbell, elaboragrezza", o "embrione". Esso fa la sua prima apparizione nellaBibbia (Antico Testamento, Salmo 139:16) per indicare la "massaancora priva di forma", che gli Ebrei accomunano ad Adamoprima che gli fosse infusa lanima. In ebraico moderno golemsignifica anche robot.
  26. 26. le tre leggi della robotica7, divenute un punto fermodella narrativa sui robot. Nel 1976 Asimov scriveLuomo bicentenario, la storia di un robot che vuolediventare umano a tal punto da fare ciò che differenzia7 Nella fantascienza, le Tre leggi della robotica sono un insiemedi leggi scritte da Isaac Asimov, noto scrittore di fantascienza, allequali obbediscono gran parte dei robot che compaiono nei suoiracconti. Le tre leggi hanno subito qualche variazione passando datraduzione a traduzione, ma anche se il succo rimane sempre lostesso è meglio esprimere prima le tre leggi nella versioneoriginale:Inglese 1. A robot may not injure a human being or, through inaction, allow a human being to come to harm. 2. A robot must obey any orders given to it by human beings, except where such orders would conflict with the First Law. 3. A robot must protect its own existence as long as such protection does not conflict with the First or Second Law.Italiana 1. Un robot non può recar danno a un essere umano né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, un essere umano riceva danno. 2. Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, purché tali ordini non contravvengano alla Prima Legge. 3. Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché questa autodifesa non contrasti con la Prima e con la Seconda Legge.
  27. 27. gli esseri umani dai robot: morire. Pur avendo inseritonumerosissimi robot antropomorfi nella sua sterminataproduzione di racconti e romanzi, Asimov tuttavia nonusa in genere il termine androide, reso popolare solonegli Anni cinquanta quando apparve in alcuni raccontidi Jack Williamson.Uno degli autori di fantascienza che fanno maggior usodegli androidi è stato Philip K. Dick il quale,scarsamente interessato agli aspetti strettamentetecnico-scientifici, li utilizzava soprattutto comesostituti robotici degli uomini e dunque inquietantisimboli, rispecchiamento/rovescio dellessere umano,definendoli spesso simulacri. Dal romanzo di DickCacciatore di androidi è tratto il film Blade Runner,che presenta un vivido ritratto di replicanti cheaspirano a quella vita umana loro ineluttabilmentenegata. Marvin landroide paranoico è uno deipersonaggi principali della Guida galattica per gliautostoppisti, serie di fantascienza umoristica diDouglas Adams.Cinema e televisioneIl primo film con un immaginario automa nel ruoloprincipale fu The Master Mystery del 1920,interpretato da Harry Houdini. Il secondo fu Luomomeccanico (1921), del comico francese André Deed, incui per la prima volta viene messo in scena uno scontrotra un robot buono e uno cattivo.Esempi famosi di androidi nella cinematografia e nelleserie televisive:
  28. 28. • Il robot femmina del film Metropolis (1927) per la regia di Fritz Lang. • Il pistolero interpretato da Yul Brynner nel Mondo dei robot (Westworld, 1973), iniziatore della rivolta dei robot contro gli umani del parco dei divertimenti Westworld. • Il simpatico androide protocollare C-3PO (D- 3BO) di Guerre Stellari (1976). • Roy Batty, condannato ad una breve esistenza e ribelle in Blade Runner (1982) di Ridley Scott, ispirato al romanzo Il cacciatore di androidi di Philip K. Dick. • Landroide assassino protagonista di Terminator (1984) e dei due seguiti, che però è più propriamente un cyborg. • Il bambino artificiale in AI - Intelligenza Artificiale (2001) di Steven Spielberg. • Il tenente comandante Data è un membro dellequipaggio della nave stellare Enterprise nella serie televisiva Star Trek - The Nex Generation e in alcuni film derivati dalla serie stessa. • Landroide Bishop in Alien di Ridley Scott, compare in diversi episodi della serie.Dalle Tre Leggi di Asimov alla Legge ZeroAsimov attribuì le tre leggi a John W. Campbell, aseguito di una conversazione fatta il 23 dicembre 1940.Comunque, Campbell sostiene che Asimov aveva giàin testa le leggi, che avevano solamente bisogno diessere formulate esplicitamente.
  29. 29. Anche se Asimov fissa una data di creazione delleleggi, la loro comparsa nelle sue opere avvenne lungoun periodo di tempo. Asimov scrisse due storie senzamenzionare esplicitamente le Tre Leggi ("Robbie" ed"Essere razionale" detto anche "Secondo ragione");Asimov assunse, comunque, che i robot avrebberoavuto una certa salvaguardia inerente. "Bugiardo!", laterza storia di robot di Asimov, menziona per la primavolta la Prima Legge, ma non le altre. Le Tre Leggiapparvero assieme esplicitamente in "Circolo Vizioso"("Girotondo"). Quando queste ed altre storie venneroraccolte assieme, nellantologia Io, Robot, "Essererazionale" venne aggiornata per comprendere le TreLeggi.Le Tre Leggi vengono spesso usate nei romanzi difantascienza scritti da altri autori, ma la tradizionevuole che solo Asimov le avrebbe potute citareesplicitamente. Una trilogia ambientata nelluniversoimmaginario di Asimov, venne scritta negli anni 90 daRoger MacBride Allen (Il calibano di Asimov,Linferno di Asimov e Lutopia di Asimov). In questatrilogia, viene introdotto un nuovo insieme di leggi, lequali vennero concepite dallautore durante unadiscussione con lo stesso Asimov.Alcuni appassionati di robotica sono giunti a credereche le Tre Leggi abbiano una valenza simile alle leggidella fisica; ovvero, una situazione che viola questeleggi è “inerentemente” impossibile. Ciò non ècorretto, in quanto le Tre Leggi sono deliberatamente
  30. 30. codificate nel cervello positronico8 dei robot diAsimov. Asimov infatti distingue la classe dei robotche seguono le Tre Leggi, chiamandoli Asenion robots.I robot delle storie di Asimov sono tutti Asenionrobots, e sono incapaci di violare consciamente le Tre8 Il cervello positronico è un dispositivo immaginario ideato perle sue storie di fantascienza dallo scrittore Isaac Asimov comecomponente fondamentale del cervello di un robot, il cui pensieroconsiste in un flusso fulmineo di positroni. Nella sua descrizioneil cervello positronico è composto di una lega di platino e iridio,ed è realizzato dalla U.S. Robots and Mechanical MenCorporation, lunica azienda nel mondo capace di costruirneesemplari funzionanti. Il loro software ha come capisaldi quelleche Asimov chiamò le Tre leggi della robotica. Asimov scelselaggettivo positronico perché nel 1928 il fisico Paul Dirac postulòlesistenza di questa strana particella, e nel 1938 il positrone fueffettivamente osservato sperimentalmente. I primi racconti suirobot positronici risalgono agli anni 1939-1940, perciò Asimovscelse laggettivo "positronico" semplicemente perché trovava ilnome esotico e adatto ad un racconto di fantascienza, al posto delpiù consono "cervello elettronico". In effetti i positroni, essendodelle anti-particelle, non potrebbero esistere in un universo comeil nostro fatto di elettroni, poiché le due particelle opposte siannichilirebbero in una frazione di secondo distruggendo lamateria. Nella visione di Asimov, lannullamento delle dueparticelle opposte - che per conseguenza produce energia -avrebbe dovuto portare i lettori ad immaginare una sorta discintilla assimilabile a quella che nel pensiero umano si verificanei neuroni. Il concetto dominò le storie di Asimov sui robot, mafu ripreso da altri soggetti fantascientifici. In particolare,landroide Data di Star Trek - The Next Generation è dotato di uncervello positronico. I romanzi della serie fantascientifica tedescaPerry Rhodan sono incentrati su computer chiamati Positroniken.
  31. 31. Leggi, ma non cè niente che impedisca ai robot di altriracconti, o del mondo reale, di non rispettarle.Ciò è straordinariamente opposto alla natura dei robotdi Asimov. Anche se inizialmente le leggi eranosemplicemente delle salvaguardie attentamenteingegnerizzate, nelle storie successive Asimov dichiarachiaramente che occorrerebbe un investimentosignificativo nella ricerca per creare dei robotintelligenti che siano privi di queste leggi, perché essesono una parte inalienabile della fondazionematematica che sottende al funzionamento del cervellopositronico.Nel mondo reale, non solo le leggi sono opzionali, maimpossibili da implementare: occorrerebberosignificativi progressi nel campo dellintelligenzaartificiale per far si che i robot le possano comprenderefacilmente. Alcuni hanno fatto notare che, siccome imilitari sono la maggior fonte di finanziamento per laricerca robotica, è improbabile che tali leggi venganoimplementate. Altri hanno ribattuto che i militarivorrebbero che delle forti salvaguardie venisseroinserite in ogni robot, se possibile, quindi leggi simili aqueste verrebbero applicate.Le Tre Leggi sono talvolta viste come un ideale futuroda coloro che lavorano nel campo dellintelligenzaartificiale - una volta che unintelligenza ha raggiuntoun livello in cui può comprendere queste leggi, allora èveramente intelligente.
  32. 32. Nessuna delle storie scritte da Asimov facevanocomplimenti alle Tre Leggi della robotica. Alcontrario, ne mostravano le falle e i malintesi, derivantida impulsi errati. Asimov una volta si meravigliò dicome riuscì ad estrarre così tante storie dalle pocheparole che componevano queste leggi. Per alcunestorie, lunica soluzione fu quella di cambiare le leggi.Le Tre Leggi vennero estese con una quarta legge, laLegge Zero, così chiamata per mantenere il fatto cheuna legge con numero più basso soprassedesse a unacon numero maggiore. Venne enunciata da unpersonaggio di Asimov, R. Daneel Olivaw (R. sta perRobot), nel romanzo I Robot e lImpero, anche sevenne precedentemente menzionata in Conflittoevitabile da Susan Calvin. In I Robot e lImpero,Giskard fu il primo robot ad agire in base alla LeggeZero, anche se ciò si rivelò distruttivo per il suocervello positronico, quando violò la Prima Legge.Daneel, nel corso di molte migliaia di anni, fu in gradodi adattarsi e obbedire completamente alla Legge Zeroche recita: 0. Un robot non può recare danno allumanità, né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, lumanità riceva danno.Le altre 3 leggi vengono modificate di conseguenza: 1. Un robot non può recar danno a un essere umano né può permettere che, a causa del proprio mancato intervento, un essere umano
  33. 33. riceva danno. Purché questo non contrasti con la Legge Zero 2. Un robot deve obbedire agli ordini impartiti dagli esseri umani, purché tali ordini non contravvengano alla Legge Zero e alla Prima Legge. 3. Un robot deve proteggere la propria esistenza, purché questa autodifesa non contrasti con la Legge Zero, la Prima Legge e la Seconda Legge.La legge zero tuttavia risulta essere estremamentecomplessa rispetto alla programmazione dei cervellipositronici dei robot, poiché postula che sia possibile,in qualche modo e qualche situazione, violare la primalegge della robotica (Nessun robot può recar danno aun essere umano) in funzione di un bene più ampio eduraturo dellintera umanità. In pratica, un robotpotrebbe uccidere un essere umano, in apertaviolazione alla prima legge, commettendo un dannoeffettivo e certo, a fronte di un ipotetico e incerto beneper lumanità. La contraddizione è al centro del finaledel romanzo I robot e limpero, poiché proprio il robotR. Giskard Reventlov sceglierà di permettere che unintero pianeta, la Terra, sia condannata ad unalentissima agonia nucleare, insieme a tutti i suoiabitanti, per spingere lintera umanità ad abbandonareil grembo del pianeta madre e colonizzare linterouniverso. Il suo cervello positronico ne saràdanneggiato irrimediabilmente.
  34. 34. In un racconto di Asimov (Il robot scomparso) diversirobot NS-2 (Nestor robots) vennero creati con soloparte della Prima Legge, con questa formulazione: 1. Un robot non può recare danno a un essere umano.Questo permetteva ai robot di lavorare a fianco degliesseri umani anche quando questi erano sottoposti apiccole dosi di radiazioni: non pericolose, macomunque "dannose" secondo la Prima Legge. Laformulazione originaria della Prima Legge obbligavaquindi i robot ad intervenire, ma essendo questi piùvulnerabili degli esseri umani alle radiazioni,invariabilmente si danneggiavano. Nel tipico stile diAsimov, questa modifica portò a vari problemi sullacui soluzione si basa la trama del racconto.I "Solariani" infine, crearono dei robot con le normaliTre Leggi, ma con un concetto distorto di "essereumano". Similarmente ad un racconto breve in cui irobot erano in grado di arrecare danno agli alieni, iSolariani dissero ai robot che solo le persone cheparlavano solariano erano umani. In questo modo, iloro robot non avevano alcun problema a recar danno aesseri umani non Solariani (ed in effetti, avevanoordini specifici a riguardo).Nella trilogia di MacBride Allen, gli scienziati diInferno crearono robot dotati di un nuovo insieme dileggi. Essi non erano più richiesti di servire gli umani,erano programmati per cercare una loro ragiondessere, e, anche se comunque non potevano nuocere
  35. 35. agli umani, non avevano bisogno di prevenire i danni,il che permette al capo delle nuove leggi robotiche,Prospero, di progettare lassassinio perfetto. Ilpersonaggio di Calibano, è lunico robot ad essereprogrammato senza alcuna legge.Il problema dei robot che si considerano umani è statoalluso molte volte. Robot antropomorfi resero ilproblema più evidente. Esempi si possono trovare nelromanzo I robot dellalba e nei racconti brevi "Laprova" e "Luomo bicentenario". Dopo un omicidio suSolaria, in Il sole nudo, Elijah Baley sostenne che leleggi erano state deliberatamente travisate, poiché irobot potevano infrangerle tutte senza saperlo. Unaparodia delle Tre Leggi venne fatta per Susan Calvinda Gerald Black: 1. Dovrai proteggere i robot con tutta la tua forza e tutto il tuo cuore e tutta la tua anima. 2. Dovrai considerare sacri gli interessi della US Robots and Mechanical Men Inc., a patto che ciò non interferisca con la Prima Legge. 3. Dovrai dare una distratta attenzione agli esseri umani, a patto che ciò non interferisca con la Prima e la Seconda Legge.Gaia, il pianeta intelligente dei romanzi dellaFondazione, adotta una legge simile alla Prima Leggecome sua filosofia: Gaia non può recare danno alla vita, né può permettere che, a causa del suo mancato intervento, la vita riceva danno.
  36. 36. Le leggi non sono considerate assolute dai robot piùavanzati. In molte storie, come "Circolo vizioso", ilpotenziale e la gravità di tutte le azioni sono pesati e unrobot può infrangere le leggi il meno che può, piuttostoche non fare niente. In unaltra storia, venivanoevidenziati i problemi della Prima Legge - ad esempioun robot non poteva funzionare da chirurgo, perchéavrebbe causato danni a un umano; né poteva idearestrategie per il football americano, in quanto questepotevano causare infortuni ai giocatori.Roger Clarke scrisse un paio di documenti analizzandole complicazioni dellimplementazione di queste leggi,se i sistemi fossero in qualche modo in grado diimpiegarle. Egli sostenne che. "Le leggi della roboticadi Asimov sono state uno strumento letterario disuccesso. Forse ironicamente, o forse perché eraartisticamente appropriato, la somma delle storie diAsimov confutano la tesi con cui iniziò: Non èpossibile limitare con certezza il comportamento deirobot, inventando ed applicando un insieme di regole."Un racconto breve parodistico di John Sladek,intitolato "Broot Force" (e apparentemente scritto da"I-Click As-I-Move") riguarda un gruppo di robot instile Asimov, le cui azioni sono limitate dalle "TreLeggi di Robish", che sono "coincidentalmente"identiche alle leggi di Asimov. I robot nel racconto diSladek fanno in modo di trovare delle scappatoie alleTre Leggi, tipicamente con risultati sanguinari.
  37. 37. Alle "tre leggi della robotica" e ad altri romanzi diIsaac Asimov si è ispirato il film del 2004 "Io, Robot"(I, Robot), di Alex Proyas, con Will Smith.Con levoluzione dei robot nei racconti, le scappatoieescogitate per scavalcare le Tre Leggi divengonosempre più raffinate. In uno degli ultimi racconti dirobot, Che tu te ne prenda cura, il Governo Mondialeintende smantellare la U.S. Robots, per variemotivazioni, alcune delle quali parzialmente legate aidifetti delle Tre Leggi. Keith Harriman, direttore dellaU.S. Robots, utilizza due robot (George Nono eDecimo) per escogitare uno stratagemma disalvataggio dellazienda. Questa coppia di robotestremamente sofisticati idea un piano a lunghissimotermine, creando con i loro ragionamenti unaparticolare modifica delle Tre Leggi.Nella serie Robot City scritta da giovani esordienti delmondo della fantascienza sotto le direttive di IsaacAsimov vengono postulate le tre leggi dellumanica.Queste leggi, create da particolari Robot autoprodotti,sono basate su dirette speculazioni delle lorocontroparti robotiche.Sitografia specifica:http://it.wikipedia.org/wiki/Androidehttp://it.wikipedia.org/wiki/Tre_leggi_della_roboticahttp://it.wikipedia.org/wiki/Cervello_positronico
  38. 38. Dalla robotica umanoide agli organismi cibernetici. "Non capivo perchè un replicante collezionasse foto. Forse loro erano come Rachael: avevano bisogno di ricordi". (Dal film "Blade Runner", di Ridley Scott)Organismi ciberneticiIl termine cyborg o organismo cibernetico (ancheorganismo bionico) indica un essere, anche umano, diforma umanoide costituito da un insieme di organiartificiali e organi biologici. Nasce dalla contrazionedellinglese cybernetic organism, per lappuntoorganismo cibernetico. Il termine è nato nellambitodella medicina e della bionica9, pur avendo avuto9 La bionica (conosciuta anche come biomimetica, biognosi oingegneria creativistica bionica) è lapplicazione di metodi esistemi biologici trovati in natura nello studio e nel design disistemi ingegneristici e della moderna tecnologia. Nella bionicasono inclusi altresì alcuni sviluppi della neurofisiologia edellelettrofisiologia. Alcune applicazioni sono nellacquisizione diinformazione mediante organi di senso artificiale e dellacircolazione dei segnali nelle reti nervose. La parola "bionico" fuconiata da Jack E. Steele nel 1958, probabilmente originandoladal lemma greco "βίον" (pronunciato "bion"), che significa "unità
  39. 39. maggior successo nellimmaginario fantascientifico. Iltermine cyborg fu reso popolare da Manfred E. Clynese Nathan S. Kline nel 1960 in riferimento alla loro ideadi un essere umano potenziato per sopravvivere inambienti extraterrestri inospitali. Essi ritenevano cheunintima relazione tra essere umano e macchina fossela chiave per varcare la nuova frontieradellesplorazione spaziale in un prossimo futuro.Il confine tra essere umano e cyborg è sempre piùsfumato, basti pensare ai progressi delle tecnologieapplicate alle protesi e agli organi artificiali: unapersona dotata di un pace-maker potrebbe infatti giàcorrispondere alla definizione di cyborg. A secondadella loro origine, è tuttavia possibile distinguere icyborg in due categorie: 1. Esseri umani potenziati. Può trattarsi di un essere umano che ha subito consistenti modificazioni artificiali ed innesti. Esempio: il protagonista del film RoboCop è un poliziotto che, ucciso in servizio, viene fatto resuscitare trasformato in cyborg. 2. androidi, cioè robot umanoidi, provvisti di apporti biologici, spesso allo scopo di aumentare la loro somiglianza con lessere umano. È il caso del cyborg assassinodi vita", e il suffisso -ic, che significa "come", "simile a" o "nellamaniera di", da cui quindi "come la vita". Diversi dizionari,comunque, spiegano anche che la parola è formata dai termini"biologia" e "elettronica".
  40. 40. protagonista del film Terminator (1984) e dei suoi seguiti.La teorica del femminismo Donna Haraway sostieneche la tendenza naturale degli esseri umani è quella diricostruirsi attraverso la tecnologia allo scopo didistinguersi dalle altre forme biologiche del pianeta: unprogetto che parte dalle prime forme di manipolazionedel corpo umano e continua oggi con lutilizzo diprotesi tecnologiche e lo sviluppo dellingegneriagenetica. Il desiderio di migliorare ciò che hadeterminato la natura, secondo la Haraway, sarebbealle origini stesse della cultura umana.Kevin Warwick, l’uomo cyborgKevin Warwick, nacque a Coventry, una città di circatrecentomila abitanti situata nel West Midlands delRegno Unito, il nove febbraio del 1954. Lasciò lascuola all’età di sedici anni, per andare a lavorarepresso la British Telecom. Riprese in seguito gli studi,ottenendo un primo diploma alla Aston Universityall’età di ventidue anni, per poi conseguire qualcheanno dopo, un dottorato all’Imperial College diLondra. Nel corso degli anni, ebbe la fortuna dilavorare presso le Università più rinomate del RegnoUnito (quali Oxford, Newcastle e Warwick), ricevendoinfine una cattedra all’Università di Reading, all’età ditrentatre anni. Attualmente K.Warwick riveste la caricadi professore di cibernetica proprio all’Università diReading, dove dispone appunto di una cattedra, dacirca vent’anni. Le sue ricerche spaziano tral’intelligenza artificiale (AI), la robotica e l’ingegneria
  41. 41. biomedica. Egli è anche il direttore del Centro KTP10dell’Università di Reading. Il Prof. Warwick, haeffettuato una serie di esperimenti “pionieristici” nelcampo della cibernetica, basati essenzialmente su unimpianto neurochirurgico (1998, Progetto Cyborg 1.0)di uno speciale micro-processore (nei nervi medianidel suo braccio sinistro), allo scopo di collegare il suosistema nervoso direttamente ad un computer (evalutare così le possibili applicazioni di tale tecnologianel campo della ricerca sui nuovi sistemi da offrire aidisabili). Egli è stato il primo ricercatore-scienziato adutilizzare una sorta di super sensore ultrasonicoimmesso in un corpo umano (2002, Progetto Cyborg2.0), onde stabilire una comunicazione puramenteelettronica tra i sistemi nervosi di due esseri umani (laseconda persona quindi che in tali esperimenti hagiocato un ruolo importante, poiché anche su di essa siè dovuto impiantare un micro-processore – in questocaso “ricevente” – è stata sua moglie Irena).Nel 2002, alla Radcliffe Infirmary di Oxford ilProf.Warwick dà l’avvio al Progetto Cyborg 2.0. Pocopiù di due ore d’intervento e per circa due settimane,grazie a un centinaio di micro-elettrodi innestati nelleterminazioni nervose del braccio, egli sperimentasensazioni artificiali, fa viaggiare il suo sistemanervoso in Internet, comunica telegraficamente con lamoglie e manovra un robot a migliaia di chilometri didistanza.10 Tale istituto collega l’Università di Reading con le piccole-medie imprese, ricevendo ogni anno un contributo finanziario perla ricerca scientifica, di circa due milioni di sterline.
  42. 42. Con queste parole, lo stesso Warwick (duranteun’intervista), spiega in parole povere ad un giornalistadella rivista italiana “L’Espresso”, i risultati piùeclatanti del progetto Cyborg 2.0:”(...)Effettivamentein Cyborg 2.0 abbiamo avuto la possibilità diraccogliere un quantitativo notevole di dati. Molti diquelli relativi al sistema nervoso li stiamo ancoraanalizzando a causa della loro complessità. I successidell’esperimento però sono stati molteplici eassolutamente sorprendenti.Le faccio qualche esempio: a proposito delcomportamento extrasensoriale, durante Cyborg 2.0,ero capace di muovermi bendato usando gliultrasuoni, esattamente come fa normalmente unpipistrello di notte11. Ho inoltre guidato una sedia arotelle direttamente con i segnali nervosi emessi dalmio cervello (e le anticipo che la prossima voltapotrebbe trattarsi di una vera automobile!). Mentre fisicamente mi trovavo a New York, il miosistema nervoso viveva invece in Internet. I mieisegnali nervosi venivano inviati in rete e viaggiavanofi no in Gran Bretagna dove riuscivano a muovere unamano robotizzata. Dopodiché tornavano indietro aNew York e potevo sentire sulle dita della mia mano11 Warwick, volendo confutare la tesi secondo cui il cervelloumano non può captare gli ultrasuoni, ha indossato, bendato, unacuffia dotata di due antenne; la prima emetteva ultrasuoni cherimbalzavano sugli oggetti vicini, venivano catturati dalla secondae trasmessi ai suoi elettrodi che li inviavano al suo sistemanervoso sotto forma di impulsi. Ogni volta che Warwick siavvicinava, ad esempio, ad un tavolo, il suo cervello avvertiva unapiccola scarica. Di fatto è un po’ come avere un senso in piùrispetto a tutti gli altri esseri umani, un sesto senso!
  43. 43. con quanta forza la mano artificiale si era mossanell’altro continente.Il mio sistema nervoso, esteso attraverso Internet,aveva percorso di fatto 5.000 chilometri di distanza.Anche mia moglie Irena ha degli elettrodi inseriti nelsuo sistema nervoso. Insieme comunicavamo telegraficamente dal sistemanervoso dell’uno a quello dell’altra e viceversa.Rispetto al controllo delle macchine direttamente conil cervello, resta da sperimentare ancora un po’, masono convinto che questo tipo di impianti ci porterà adutilizzarlo nel prossimo futuro(...)”.I confini fra umano e artificiale sono destinati aconfondersi sempre di più: applicare a organismibiologici delle componenti robotiche non appare più untraguardo così lontano. I vantaggi delle strutturebiologiche, ossia le loro capacità di autoriparazione ela loro flessibilità, andrebbero infatti ad intrecciarsicon i vantaggi delle macchine, adattabili a condizioniestreme e altamente differenziabili nella scelta deimateriali e delle caratteristiche costruttive. Le ricerchedi Warwick cercano applicazione nello sviluppo dinuove tecnologie a favore delle persone disabili, mamirano anche a rendere possibile un radicalecambiamento di ciò che oggi concepiamo come essereumano. In scenari futuribili potremmo essere in gradodi collegare in un grande network le nostreintelligenze, non solo fra loro, ma anche con altreintelligenze artificiali. Le nostre capacità di calcolopotrebbero essere moltiplicate e le nostre emozioniessere trasmesse intatte attraverso la rete fino araggiungere persone lontane centinaia di chilometri.
  44. 44. Tutte le informazioni presenti nel nostro cervellopotrebbero essere trasferibili in supporti informatici, oaddirittura in un altro cervello, mettendo radicalmentein crisi il nostro concetto di individuo.La cosa ancora più sorprendente è però provare aimmaginare quali incredibili macchine potrebberonascere da questa pletora di studi, ancora in odore difantascienza, nel momento in cui si riuscisse autilizzare molecole di Dna per costruire dei supercomputers, facendo cioè in modo che i codici della vitaincontrino quelli della materia. A quel punto, reputanogli esperti, le macchine avranno raggiunto una talecomplessità che sarà per loro possibile replicare i 100miliardi di neuroni e i triliardi di sinapsi checostituiscono il cervello umano.E da questi complessi labirinti di interconnessionipotrebbero un giorno affiorare i primi veri sistemid’intelligenza “non umana”. In molti laboratori delmondo gli scienziati hanno già iniziato a sperimentarel’uso di “vere” reti neurali animali per creare computerorganici, oltrepassando la linea di confine tra materiaanimata e materia inanimata. Uno dei pionieri diquesto nuovo filone della ricerca è senza dubbioWilliam L. Ditto, un giovane fisico del GeorgiaInstitute of Technology, che è stato capace, in viasperimentale, di combinare i normali circuiti di siliciocon neuroni di sanguisuga, cioè con cellule nervoseviventi. Ditto e i suoi colleghisono partiti dall’idea che un elaboratore “biologico”,ossia in grado di sfruttare reti neurali organiche,dovrebbe presumibilmente fornire risposte corretteanche basandosi su informazioni parziali (cosa che
  45. 45. invece non avviene nei computer attuali, che hannobisogno di programmazione e immissione di dati perelaborare qualsiasi risposta).I neuroni di sanguisuga hanno dimostrato proprioquesta superiore funzionalità: facendo rimbalzare i datifra loro (un po’ con lo stesso principio con cui operaun computer quantistico), sono in grado di eseguireattività “simili al pensiero umano”. Stanno dunquenascendo entità capaci di fondere la nostra intelligenzaorganica, basata su cromosomi e neuroni, con quellainorganica subatomica.Questi futuri computers combineranno il livello umanod’intelligenza con la velocità, l’accuratezza e lacapacità di condivisione dell’informazione deicomputers quantistici. In altre parole, con questemacchine l’uomo sta ponendo le basi per ilsuperamento della sua stessa specie.Nel suo libro “The Age of Spiritual Machines”,Raymond Kurzweil ha dato una splendida sintesi dellamente e della macchina. In una serie di argute,ingegnose e profonde meditazioni, ha esplorato ilmomento di metamorfosi quando le macchineraggiungeranno e sorpasseranno le capacità delcervello umano. “The Age of Spiritual Machines” nonè una mera lista di presagi ma un disegno profetico peril futuro. Kurzweil ci guida attraverso l’inesorabileavanzamento che sarà il risultato del superamento dellecapacità della memoria e delle abilità computazionalidel cervello umano. Secondo Kurzweil, le macchinecompieranno tutto questo entro il 2020. Cominceremoad avere relazioni con personalità automatizzate e leutilizzeremo come insegnanti, compagni ed amanti.Fra 10 anni, l’informazione sarà alimentata
  46. 46. direttamente dal nostro cervello attraverso dirette vieneurali. La distinzione tra noi e i computer sarà sfocataa tal punto che le macchine pretenderanno di esserecoscienti. Inoltre il 21° secolo di Kurzweil, promettedi essere un’età in cui l’unione della sensibilità umanae dell’intelligenza artificiale fondamentalmentemodificata, migliorerà la nostra vita.Gli studi e gli esperimenti di Warwick puntano ainfrangere le barriere imposte dai limiti biologici dellanatura umana, attraverso upgrade tecnologici cheporteranno l’uomo in una nuova fase sulla stradadell’evoluzione della specie. Suo centro di ricercad’elezione è il MadLab, il laboratorio del Dipartimentodi Cibernetica nel quale lavorano i suoi più stretticollaboratori e dove si svolgono gli esperimenti piùimportanti legati agli impianti sottocutanei e allabioingegneria di cui il professore è lo stessoprotagonista (www.madlab.rdg.ac.uk). All’EuropeanFuturist Conference di Lucerna, in Svizzera, KevinWarwick ha affermato che nel futuro non avremo piùpassaporto o le chiavi della macchina, ogni personaavrà un impianto simile al suo che collegato al sistemanervoso potrà sostituire numerose attività dell’uomo,oltre a far sì che egli possa essere sempre identificato,ovunque e in qualsiasi momento.Dopo anni di ricerca su se stesso, in questo momentoWarwick vuole allargare la sua ricerca, sperimentandolo scambio, il networking, e la comunicazioneattraverso impianti collegati al cervello. Alla moglie adesempio aveva anche regalato una collana che cambiacolore e intensità a seconda del suo umore. Kevin
  47. 47. Warwick è la dimostrazione vivente di come gliimpianti di microchips non siano più solo unacaratteristica del genere fantascientifico, ma che ormai,che lo vogliamo oppure no, appartengono alla realtàodierna. Kevin Warwick con la moglie IrinaLa mano biomeccatronica: il progetto LifeHand.Con il progetto LifeHand, i ricercatori dellUniversitàCampus Bio-Medico di Roma e della Scuola SuperioreSantAnna di Pisa sono riusciti a collegare, conelettrodi neurali inseriti nei nervi mediano e ulnare diun paziente amputato della mano sinistra, una protesibiomeccatronica a cinque dita, indipendenti con il suocervello. In un mese di sperimentazione,il paziente
  48. 48. sottoposto a questa operazione, è riuscito a muoverecon i soli impulsi cerebrali la mano artificiale,compiendo tutti e tre i movimenti prefissati dalprogramma di ricerca: opposizione pollice-indice,pugno, movimento del mignolo.Un’analisi dei dati registrati in tempo reale durante lasperimentazione, è servita ad assicurare che imovimenti della protesi sono avvenuti per puri impulsicerebrali e hanno corrisposto alle reali intenzioni delpaziente in più del 95 per cento dei casi.LifeHand si è proposto l’impianto di elettrodi a stratosottile (thin-film Longitudinally-implantedIntraFascicular Electrodes – tf-LIFE) in un pazientevolontario con amputazione di arto superiore. Inparticolare, il protocollo sperimentale prevedeva lapossibilità di utilizzare i tf-LIFE come interfacceneurali per il controllo bi-direzionale (dal cervello allamano e viceversa) della protesi cibernetica di mano.Gli elettrodi sono stati progettati per consentire alsoggetto amputato, da una parte, di ricevereinformazioni sensoriali da speciali sensori posti nellamano cibernetica, attraverso una stimolazione elettricae, dall’altra, di inviare comandi specifici per ilcontrollo dei movimenti della protesi. In questa primafase del progetto gli elettrodi sono stati rimossi dopocirca un mese di addestramento del paziente.I ricercatori della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa(SSSUP) hanno progettato e realizzato i prototipi dimano biomeccatronica, sviluppando, insieme con iLaboratori di Bioingegneria dell’Università CampusBio-Medico di Roma, gli algoritmi di comunicazione
  49. 49. tra protesi e sistema nervoso del paziente. L’UniversitàCampus Bio-Medico di Roma ha rivestito il ruolo diresponsabile della sperimentazione clinica dei tf-LIFEsull’uomo, sia per quanto riguarda gli aspetti mediciche per il supporto tecnologico.Nell’ambito di LifeHand è stato realizzato per la primavolta l’impianto su due nervi diversi del braccio(mediano e ulnare) di quattro elettrodi tf-LIFE dinuova generazione, dotati di otto canali diregistrazione/stimolazione ciascuno. Le 32 vie dicomunicazione differenti tra paziente e protesibiomeccatronica disponibili attraverso gli elettrodi tf-LIFE hanno aumentato fortemente l’efficaciadell’invio e della ricezione di informazioni tra cervelloe mano. Gli elettrodi, inoltre, dopo l’interventochirurgico d’impianto sono stati collegati a una protesidi mano sensorizzata, comandabile dal soggetto per vieneurali, anziché meccaniche e muscolari, e capace alcontempo di restituire al soggetto informazionisensoriali. È prevista in futuro una nuova effettuazionedell’esperimento con altri soggetti volontari, al fine diconfermare l’efficacia dei tf-LIFE come interfacceneurali. Saranno nel frattempo ottimizzati la meccanicadella protesi, l’elettronica e i software necessari perl’analisi dei segnali neurali registrati. Si procederàinoltre alla miniaturizzazione dei componenti dellamano biomimetica.Le interfacce neurali sono dei dispositivi capaci di farcomunicare il nostro sistema nervoso centrale (cervelloo midollo spinale) o periferico (nervi periferici) condispositivi elettronici in grado di attuare compiti o
  50. 50. azioni complesse, di norma compiute, a livellofisiologico, dal nostro sistema muscolo-osteo-articolare.Nel caso del progetto LifeHand, queste interfacce sonostate utilizzate per muovere la protesi di manocibernetica. In particolare, gli elettrodi tf-LIFE sonostati scelti come mezzo attraverso il quale il cervello ei nervi periferici del paziente hanno potuto inviare ericevere informazioni alla e dalla protesi di mano,senza utilizzare nessun muscolo né alcun organo disenso.Dopo un primo periodo di addestramento, il paziente èriuscito a controllare fino a tre differenti tipi di preseda parte della mano robotica, con una percentuale disuccesso da parte dell’interfaccia neurale nelriconoscimento del comando inviato dal cervellosuperiore all’85%.La possibilità di effettuare i tre tipi di presa,interfacciandosi tramite gli elettrodi tf-LIFE con unamano robotica a cinque dita, può mettere una personain condizioni di svolgere la quasi totalità delle attivitàdella vita quotidiana e lavorativa. Queste prestazionisono state possibili anche grazie a un complessosistema di acquisizione ed elaborazione dei segnalineurali, sviluppato dai Bioingegneri della ScuolaSuperiore Sant’Anna di Pisa e dell’Università CampusBio-Medico di Roma.Dopo quasi un mese di allenamento fianco a fianco conil paziente, il sistema si è dimostrato in grado diestrarre da tutti i segnali nervosi che il cervello inviavatramite le interfacce tf-LIFE solo quelli effettivamenteutili a codificare l’intento di compiere una specifica
  51. 51. presa. Come previsto, gli elettrodi tf-LIFE sono inoltrestati utilizzati nelle prime settimane dell’esperimentoper veicolare stimoli ai nervi del moncherino e ilpaziente ha avvertito e tradotto questi stimoli insensazioni tattili naturali, provenienti dalla regione diarto persa anni prima.I canali percettivi hanno però inaspettatamente smessodi funzionare dopo due settimane, probabilmente acausa di fenomeni di reazione locale all’interno delnervo in corrispondenza della zona di inserzionedell’elettrodo. Tali fenomeni sono attualmente oggettodi ulteriori studi, per capire come possano esseremitigati e controllati in modo da non influenzare ilfunzionamento dell’interfaccia.Per la prima volta, inoltre, i ricercatori italiani hannovalutato le modificazioni intervenute a livello dellacorteccia cerebrale – i cosiddetti fenomeni dineuroplasticità – in conseguenza dell’impianto edell’utilizzo delle interfacce neurali tf-LIFE da partedel paziente.In particolare, la stimolazione magnetica transcranica(TMS) ha dimostrato una significativariorganizzazione delle aree motorie relative ai muscolidel moncherino, che si è associata clinicamente a unariduzione significativa del dolore da arto fantasma –una patologia che affligge oltre il 65% degli amputatiche continuano ad avvertire dolore dall’arto mancante.Gli esperimenti condotti hanno così fornito datioggettivi fondamentali per confermare una delleipotesi finora avanzate, e cioè che la patologia deldolore da arto fantasma sia direttamente causata da una“riorganizzazione corticale aberrante”, ovvero sia
  52. 52. dovuta all’invasione delle aree motorie del cervellooriginariamente correlate all’arto amputato da parte diaree contigue.Anche se i tempi non sono maturi per un’ampiadiffusione clinica di questo sistema di controllo diprotesi di mano, le evidenze fornite dallasperimentazione nella sua fase applicativa su uomorappresentano una tappa importante verso ilraggiungimento dell’obiettivo finale: metteredirettamente in comunicazione il cervello e le suediramazioni nervose con macchine artificiali. Nel casospecifico, i risultati ottenuti con il progetto LifeHandaprono interessanti prospettive sull’uso delle interfacceneurali periferiche quale soluzione alternativa ad altre.Una di queste è il trapianto di mano da cadavere, cheha dato risultati finora molto controversi a livello direcupero funzionale e ha costretto il paziente afortissime terapie antirigetto. Un’altra è rappresentatadalle interfacce direttamente impiantate nella cortecciacerebrale, già attualmente in fase di sperimentazione suuomo.Lo studio italiano sembra rendere decisamente piùindicato l’impiego di interfacce periferiche, almeno peril controllo di protesi di arto, in quanto tali dispositivipossono garantire al momento migliori prestazioni conun più basso livello di invasività e una minorecomplessità dei segnali fisiologici da interpretare.I problemi tecnologici e medici da risolvere sonotuttavia ancora molti. È per esempio in fase direalizzazione una versione integrata, miniaturizzata eimpiantabile di tutti i dispositivi elettronici necessarisia per acquisire i segnali neurali in uscita dal cervello
  53. 53. (efferenti) e tradurli in comandi per la protesi, sia pergenerare segnali in ingresso al cervello (afferenti)ottenuti a partire dai sensori artificiali a contatto conl’ambiente. I ricercatori di LifeHand sono già al lavoroin vari nuovi progetti nazionali ed europei focalizzatisu questo e sui molti altri fronti di ricerca medica ebioingegneristica, con l’obiettivo di non vanificare leaspettative di molti pazienti che non trovanoattualmente una risposta adeguata per recuperare lapiena autonomia dopo la perdita di un arto.Prima dell’esperimento di LifeHand, gli studi chehanno preso in esame l’impianto di elettrodi intra-neurali sono stati due, uno americano e uno cinese.Tra il 2004 e il 2005 ricercatori americani, guidati dalProf. Ken Horch (University of Utah), hannoimpiantato elettrodi LIFE di generazione precedentenei nervi del braccio prossimali all’amputazione di ungruppo di otto pazienti con amputazione cronica.Hanno dimostrato in due casi la possibilità di aprire echiudere “con il pensiero” una protesi “a pinza” e digenerare, tramite stimolazione elettrica artificiale,percezioni sensoriali di diversa natura, quali tatto,pressione, movimento, localizzate a livello delle ditadell’arto mancante.Gli stessi ricercatori hanno registrato un’attivitàneurale efferente, evidenziando come i soggetti,modulando volontariamente quest’attività, fossero ingrado di direzionare un cursore verso un punto ‘target’,rappresentato sullo schermo di un computer. I dueelettrodi usati nello Utah garantivano tuttavia in totalesolo 4 canali indipendenti di comunicazione, mentrel’esperimento svolto in Italia ha potuto utilizzare 4
  54. 54. elettrodi più potenti, arrivando ad avere fino a 32canali contemporaneamente attivi per scambiare unamole maggiore d’informazioni tra i nervi periferici e lamano robotica. La mano robotica utilizzata in Italia perLifeHand è inoltre dotata di cinque dita, tuttecontrollabili in modo indipendente. La protesiimpiegata dai ricercatori della University of Utah erainvece una protesi a due dita.Per quanto riguarda lo studio cinese, gli autori diquest’ultimo, pubblicato nel 2007 e compiuto presso loZhong Shan Hospital della Fudan University(Shanghai, Cina), hanno realizzato un impianto acutointraoperatorio di sei elettrodi intrafascicolari didiversa fattura in un singolo soggetto, registrandol’attività neurale efferente e dimostrando che ilsoggetto era in grado di modulare l’attività registratadagli elettrodi posizionati a livello del nervo radiale,“comandando l’estensione di un dito della protesi dimano collegata tramite gli stessi elettrodi”.Anche in questo caso, le novità di LifeHand sonosignificative. Il paziente operato presso il PoliclinicoUniversitario Campus Bio-Medico ha condotto unasperimentazione durata quasi un mese, anziché in sedeesclusivamente intra-operatoria. È il periodo più lungomai raggiunto per la sperimentazione di tali tecnologienel sistema nervoso periferico umano.L’idea di realizzare protesi di arto collegabili all’uomomediante speciali interfacce neurali nasce negli anni’90. La sperimentazione effettuata con ilprogetto LifeHand costituisce l’atto conclusivo di uno
  55. 55. specifico percorso iniziato nel 2003, nell’ambito delprogramma di ricerca NEUROBOTICS.La replica della mano umana è una sfida notevole dalpunto di vista ingegneristico. Una mano naturale,infatti, è mossa da oltre 30 muscoli, ha oltre 10milasensori ed è in grado di eseguire compiti di presa,manipolazione, esplorazione e comunicazioneestremamente complessi.Il gruppo di ingegneri degli Arts Lab della ScuolaSuperiore Sant’Anna di Pisa, guidati dal Prof. PaoloDario e dalla Prof.ssa Maria Chiara Carrozza, hannoraccolto la sfida cercando di sviluppare una manobiomeccatronica in risposta a un bisogno definito:quello di favorire il reintegro sociale e lavorativo deisoggetti che hanno subito l’amputazione dell’arto.Nel caso specifico, il ruolo della Scuola SuperioreSant’Anna di Pisa è stato quello di progettare ecostruire, nel tempo, vari prototipi di manobiomeccatronica, di realizzare gli algoritmi diclassificazione dei segnali neurali, di definire i segnalidi stimolazione, di co-progettare le interfacce neurali:tutte le componenti che permettono l’azione volontariadella mano e la percezione della stessa.La mano biomeccatronica utilizzata per il protocollosperimentale di LifeHand è stata ribattezzataCyberHand. CyberHand dispone di cinque ditaantropomorfe dotate di sensori propriocettivi edesterocettivi. Ogni dito è mosso da un singolo motore,che permette la flessione e l’estensione delle trefalangi. Un motore aggiuntivo (per un totale di 6motori nella mano) è utilizzato per il movimento diopposizione del pollice, fondamentale per effettuare
  56. 56. prese di oggetti. I motori e i sensori sono controllati daschede elettroniche che regolano il funzionamentosecondo un’architettura gerarchica, il cui livellosuperiore è direttamente controllabile dal PC checlassifica i segnali neurali.Per la costruzione del prototipo CyberHand sono statiutilizzati materiali molto diversi, a seconda delleesigenze richieste per il suo funzionamento. Le ditasono state realizzate in alluminio, leggero e resistente.I meccanismi di attuazione sono in acciaio. Per ilpalmo e le coperture è stata usata la fibra di carbonio.La parte elettronica di CyberHand è costituita damateriali standard, utilizzati di norma per larealizzazione di schede elettroniche. CyberHand pesacirca due chili e ha dimensioni comparabili con quelledella mano di un uomo adulto. Il sistema di attuazioneed elettronico è collocato su una struttura a torre dalaboratorio (non ottimizzato per applicazioniprotesiche) delle dimensioni di un avambraccio.Le sue caratteristiche peculiari sono:1. Sottoattuazione: un motore agisce sullacontemporanea flessione di tre giunti. Questosemplifica il controllo e permette una presa avvolgentesull’oggetto;2. Meccanismo di attuazione irreversibile: grazie aquesto, una volta preso l’oggetto, è possibile spegnereil motore senza che il dito si riapra. È un meccanismofondamentale della protesi, perché permette dirisparmiare energia delle batterie;3. Cinque dita indipendenti e movimento diopposizione del pollice;
  57. 57. 4. Attuazione a guaine: simile al meccanismo dei frenidella bicicletta, permette di situare i motori lontanodalla mano, senza particolari difficoltà di trasferimentodel moto.CyberHand è capace di compiere prese di forza(bottiglie, oggetti di forma parallelepipeda che stannonel palmo), prese laterali (chiave, carta di credito),prese di precisione (palline, piccoli oggetti). Ilprototipo è anche in grado di fare gesti. Nell’ambito diLifeHand, la connessione fra le interfacce neurali e lamano è stata realizzata attraverso un collegamentotranscutaneo (con fili che fuoriuscivano dalla cute delbraccio del paziente).Nel prossimo futuro, tuttavia, verrà utilizzato unsistema telemetrico (wireless) tra interno ed esterno delcorpo umano. Il gruppo di lavoro degli Arts Lab dellaScuola Superiore Sant’Anna di Pisa, coordinatodall’Ing. Silvestro Micera, si è occupato dello sviluppodegli algoritmi per l’estrazione dei comandi motori eper la stimolazione delle fibre sensoriali, al fine direalizzare il collegamento bi-direzionale fra leinterfacce (impiantate) e la mano (esterna), partiessenziali di una protesi “cibernetica”.I prossimi passi di LifeHand riguarderanno laripetizione dell’esperimento in altri soggetti volontari,al fine di valutarne la ripetibilità e di testare l’efficaciadei tf-LIFE come interfacce neurali. Sono inoltreprevisti l’evoluzione e il miglioramento dell’elettronicae dei software necessari per l’analisi dei segnaliregistrati, così come la miniaturizzazione dei sistemi
  58. 58. impiantabili, della meccanica, della sensoristica e deisistemi di controllo della protesi biomeccatronica.Essendo LifeHand un progetto non ancora concluso,l’eventuale beneficio per il candidato potrà esserevalutato soltanto a medio-lungo termine. In caso diriuscita delle successive fasi sperimentali, comunque,al soggetto sarà garantito di poter usufruire per primo egratuitamente dell’ultima versione di protesi di manocibernetica, nel momento in cui sarà disponibile per unutilizzo clinico.Contemporaneamente, un programma di ricercafinalizzato alla realizzazione di protesi bionichecontrollate dal paziente a livello neurale è in corsonegli Stati Uniti dAmerica, presso la DARPA,l’Agenzia per Progetti di Ricerca Avanzati delDipartimento della Difesa americano. La mano bionica a cinque dita indipendenti, realizzata dalla Scuola SantAnna di Pisa.
  59. 59. La mano bionica a cinque dita indipendenti, realizzata dalla Scuola SantAnna di Pisa: senza rivestimento.La mano bionica a cinque dita indipendenti, realizzata dalla Scuola SantAnna di Pisa: con rivestimento in lattice.
  60. 60. Il braccio bionico del RICAl Rehabilitation Institute of Chicago (RIC), è stato direcente realizzato un braccio bionico a neuro-controllo,che permette al paziente di muovere il dispositivocome un braccio vero, semplicemente PENSANDO. Ilbraccio permette ai pazienti movimenti più naturali, unampio raggio di motilità e il recupero delle funzioniperse. Utilizzando le conoscenze chiave ricavate dalprimo impianto di un braccio bionico, eseguito nelTennessee su Jesse Sullivan, il Dr. Kuiken e il suoteam hanno compiuto significativi avanzamentinellarea della risposta sensoriale, cosicché il pazientepuò attualmente sentire e capire quindi se sta toccandooggetti caldi oppure freddi. Questo braccio bionico èstato denominato RIC (dal nome dell’Istituto in cui èstato sviluppato).Per fornire il RIC del movimento neuro-controllato, inervi nella spalla del braccio amputato vengonoreindirizzati e connessi con i muscoli sani del torace:questa operazione è chiamata "reinnervazione miratadel muscolo" e permette di dirigere i segnali nervosidirettamente al braccio bionico, come se si trattasse delbraccio naturale.Le attuali braccia artificiali hanno solo3 motori: Il Braccio bionico RIC include un sistema a6 motori, sviluppato in collaborazione con i laboratoridi ricerca di tutto il mondo: utilizza diverse parti dellaprotesi simultaneamente, con lobiettivo di ricreare imovimenti naturali del braccio.Claudia Mitchell, 26 anni, ex marine, è la prima donnaal mondo ad avere un braccio bionico, nuovo gioiellodella tecnologia delle protesi americana, frutto di
  61. 61. ventanni di ricerche: lo muove con il pensiero. Claudiaperse il braccio sinistro, amputatole allaltezza dellaspalla, due anni fa, in seguito a una caduta in moto. LaMitchell ha mostrato le funzionalità della protesidurante una conferenza stampa a Washington, "dandoil cinque" a Jesse Sullivan, il primo uomo in assolutoad aver ricevuto un braccio bionico. Claudia MitchellL’occhio bionicoUn occhio bionico è un apparato costituito da unatelecamera e da una retina elettronica, progettato persostituire le funzionalità dellocchio umano.Latelecamera può essere montata sugli occhiali etrasmette senza fili (per mezzo di onde radio) le sueimmagini ad un impianto che simula la funzionalitàdella retina, collocata sul fondo del bulbo oculare.
  62. 62. Questa tecnologia, sviluppata nei primi anni del XXIsecolo riesce a interpretare e produrre immaginicomposte da un numero variabile tra 16 e 60 pixel intoni di grigio, ma rappresenta un primo passo verso larealizzazione di impianti di prestazioni maggiori(attualmente si punta al migliaio di pixel). Sono statiottenuti dei risultati interessanti, ad esempio inInghilterra: i malati di una specifica malattia ocularegenetica, la retinite pigmentosa (il nervo ottico12 deveessere integro), hanno recuperato parzialmente la vistacon una bassa risoluzione. Uno di essi è riuscito aleggere alcune parole brevi sullo schermo mentre unaltro è riuscito a distinguere grandi quadrati bianchi dagrandi riquadri neri. Locchio bionico rappresenta ilprimo esempio di interfaccia funzionale tra un apparatoelettronico e il cervello.Nel 2006 è cominciata in California la sperimentazionesu esseri umani, che mira a realizzare un sistema per12 Il nervo ottico è il secondo di 12 paia di nervi cranici, ma èconsiderato come parte del sistema nervoso centrale; infatti, lefibre sono ricoperte dalla mielina prodotta dagli oligodendrociti, eil nervo ottico è avvolto nelle meningi (dura madre, aracnoide, piamadre). Tecnicamente, assieme al nervo olfattivo, non sono nervima una continuazione del sistema nervoso centrale. Il nervo ottico- lungo circa cinque centimetri - lascia lorbita attraverso il canaleottico, raggiungendo il chiasma ottico, in cui si assiste ad unaparziale decussazione (incrocio) delle fibre nervose: infatti quelleprovenienti dalle emiretine nasali si incrociano e proseguono neltratto ottico controlaterale. La maggior parte degli assoni delnervo ottico termina nel corpo genicolato laterale, da dove leinformazioni visive vengono trasmesse alla corteccia visiva.
  63. 63. restituire la vista ai disabili visivi. Laziendacaliforniana Second Sight Medical Products hapresentato alla American Association for theAdvancement of Science di San Francisco, un progettoper la realizzazione di retine artificiali. Un primoprototipo, denominato Argus IRetinal ProsthesisSystem a 16 pixel è stato testato tra il 2002 e il 2004 susei pazienti, di cui uno solo ha creato problemi alvolontario che lo ospitava e ha dovuto essere rimosso.È in corso di test la versione Argus II (60 pixel). Ildispositivo,primo nel suo genere, consiste in unavideocamera montata su un paio di occhiali. Questo ècollegato ad una retina artificiale che trasmette, inmodalità wireless , le immagini catturate dallavideocamera lungo il nervo ottico al cervello.Quest’ultimo può ricostruire le immaginirappresentandole sotto forma di zone di luce e diombra.1: La fotocamera posta sugli occhiali cattura le immagini einvia le informazioni al processore;2: il processore converte le immagini in segnale elettronico;
  64. 64. 3: il segnale elettronico quindi è trasmesso, in modalitàwireless, alla retina artificiale;4: i dati vengono inviati, attraverso un cavo molto piccololegato alla retina, al nervo ottico;5: il nervo ottico trasmette tutti i dati al cervello.Le operazioni sono state condotte come parte di unostudio clinico internazionale che ha già dimostrato lapropria efficacia nel ripristino della visionerudimentale nei pazienti che sono diventati ciechi acausa di condizioni comuni quali la degenerazionemaculare legata all’età o la retinite pigmentosa. Circa1,5 milioni di persone in tutto il mondo sono affette daretinite pigmentosa e, ad una persona su dieci con etàsuperiore ai 55 anni, viene diagnosticata ladegenerazione maculare legata all’età. In entrambe lemalattie degenerative, le anormalità delle cellule dellaretina (fotorecettori) portano ad una perdita della vistagraduale e progressiva.Un caso straordinario è quello di una pazienteamericana a cui è stato impiantato il dispositivo. Eracompletamente cieca da più di dieci anni a causa diuna forma ereditaria di retinite pigmentosa. Con l’aiutodella telecamera montata su un paio di occhiali da sole,può ora avere una vaga immagine del mondo fatto diluci ed ombre. Ricercatori americani sperano disviluppare una macchina fotografica delle dimensionidi un pisello che potrebbe essere impiantata all’internodel bulbo oculare, sostituendo i tessuti naturali con latecnologia artificiale.Anche se l’intervento non garantisce il recupero dellavista, ma solo la possibilità di creare un meccanismo ditrasmissione delle informazioni visive al cervello, si
  65. 65. tratta di un approccio sicuramente rivoluzionariosoprattutto per i risultati che permette di conseguire.Le lenti bioniche per la “realtà aumentata”Alcuni ricercatori americani sono riusciti di recente asviluppare delle lenti a contatto bioniche con circuitielettronici e LED, in grado di generare immaginivirtuali. Come nei film di fantascienza, in perfetto stileMinority Report o Terminator, un domani nemmenotroppo lontano potremo controllare la casella di postaelettronica o guardare le foto delle vacanze senzal’ausilio di computer o telefonino, oppure visualizzarele indicazioni del navigatore Gps senza la necessità dirivolgere lo sguardo al display del dispositivo e senzache altri si accorgano di quel che sta accadendo davantiai nostri occhi. Il tutto sarà possibile grazie allacosiddetta augmented reality (letteralmente «realtàaumentata») – ovvero l’insieme delle tecnologie chepotenziano il nostro rapporto con la realtà – e al suoutilizzo nella produzione di una nuova generazione dilenti a contatto, come quelle allo studio presso ilaboratori della University of Washington.Il prototipo di lente messo a punto dal professor BabakA. Parviz e dal suo team di studenti incorporano led emicrocomponenti come antenne miniaturizzate,biosensori e circuiti semitrasparenti in grado digenerare immagini virtuali nel campo visivo di chi leindossa. A completamento della tecnologia, un piccoloapparecchio portatile, separato, per la trasmissionedelle informazioni ai circuiti. Come spiega Parviz, al dilà del semplice arricchimento visivo, le lenti inquestione si prestano a diversi utilizzi nel campo
  66. 66. medicale. Uno di questi, per esempio, potrebbe essereil monitoraggio della glicemia nei diabetici, possibilegrazie a un particolare sensore incorporato nella lentein grado di rilevare la concentrazione della molecoladel glucosio. Si tratta ancora di esperimenti, e iprototipi di Parviz sono stati testati con successo esenza effetti collaterali solo sui conigli, e per 20 minutial massimo. Fonte: Spectrum.ieee.orgL’orecchio bionico sottocutaneoSi chiama "Carina", e potrebbe essere il primoorecchio bionico al mondo in grado di ridare ludito adalmeno alcuni sordi e nel contempo rendere un ricordodel passato la necessità di indossare apparati esterni. Alcontrario di molti apparecchi acustici, infatti, Carinaviene installato a diretto contatto con gli organideputati allascolto, fissato sul cranio con bulloni di
  67. 67. titanio e richiede una manutenzione minima inconfronto agli impianti tradizionali. Carina, è unapparecchio acustico di nuova generazione,miniaturizzato e hi-tech, formato da diverse partiinterconnesse luna allaltra impiantate nella testa delpaziente nel corso di una operazione chirurgica.Il primo pezzo è il microfono, che viene posizionatodietro lorecchio esterno. Per compensare la minoresensibilità alle onde sonore dovuta alla suainstallazione dietro la pelle - dove essa si riduce di unfattore 10 - la superficie del ricevitore è stataaumentata di dieci volte rispetto a quella di un comuneauricolare esterno, arrivando in sostanza alla grandezzadi ununghia.Subito dopo viene lunità di elaborazione dei segnalisonori, il vero e proprio cuore del dispositivo che neoccupa la stragrande maggioranza ed è alimentata dauna batteria ricaricabile agli ioni di litio. Per caricarelaccumulatore viene usato il terzo componentedellorecchio bionico, una spirale induttiva checonverte le onde radio di un apposito trasmettitoreesterno in energia. Per un giorno di funzionamentocontinuo occorre applicare tale trasmettitore per una odue ore, tempo che può essere impiegato liberamentedal paziente come più preferisce.Il quarto e ultimo componente è poi un pistonevibrante da installare nellorecchio medio, fissandolocon quattro bulloni di titanio alle ossa del cranio. Ilpistone è il principale responsabile della generazionedelle vibrazioni sonore da inviare al processore
  68. 68. centrale e quindi al cervello, si sostituisce al timpano estimola molto più efficacemente i tre fragili ossicinipreposti alla propagazione del suono nellorecchiointerno come un vero e proprio amplificatore.Uninstallazione complessa, che richiede un granlavoro di chirurgia e che va ripetuta ogni 5-10 anni,intervallo di tempo stimato per la durata totale dellabatteria dellaggeggio: ogni volta va sostituito quasitutto lapparato, essendo i vari componentiintimamente connessi luno allaltro, con leccezionedel pistone nellorecchio medio. Ogni successivainstallazione dovrebbe quindi essere più semplice: sitoglie il vecchio orecchio bionico e si mette quellonuovo, sostengono i ricercatori.Che sia dunque sopraggiunta la fine per gliingombranti auricolari che le persone con difettialludito sono condannate a portare come segno benvisibile dei loro difetti? Parrebbe di si, almeno per chise lo può permettere visto che negli USA lorecchiobionico non è coperto dallassicurazione medicaesattamente come un apparecchio di alto livello, macosta esattamente il quadruplo - circa 20mila dollari.I risultati dellimpianto sono inoltre ancora al vagliodella Food and Drug Administration, che ne stastudiando la sicurezza e lefficacia sui pazienti: il testha superato la fase uno (quella sulla sicurezza) conrisultati ambigui, i 20 soggetti impiegati hanno avutodifficoltà maggiori ad ascoltare i suoni deboli con ilCarina piuttosto che con un dispositivo tradizionale,ma le impressioni soggettive di tutti sullimpianto sonostate migliori dei risultati stessi.
  69. 69. Veronika Koch, venticinquenne tedesca studente dimedicina, è invece la rappresentazione del successocompleto dellimpianto: la ragazza parla di "esperienzameravigliosa" in relazione alla sensazione di sentire dinuovo in maniera naturale per mezzo del Carinaquando esso è stato attivato la prima volta, dicontroindicazioni praticamente inesistenti visto che"non devi pensarci affatto" e in sostanza di una qualitàdella vita nettamente migliorata dopo loperazione. Èinsomma ancora presto per poter definire in pienolefficacia della nuova soluzione contro la sordità,occorre aspettare la fine dei test della FDA e lulterioreraffinamento della tecnologia alla base del Carina.Il piede bionicoÈ stata recentemente sviluppata una nuova protesi delpiede dal costo contenuto e dalle prestazioni superioriper persone attive, vittime di mine. Dal designinnovativo e con forte rendimento (da un punto di vistaenergetico); con caratteristiche di robustezza e diflessibilità elevate, grazie ad un elastomerotermoplastico poliestere che fornisce stabilità, efficaciae comfort.La protesi è stata sviluppata allinterno del programmadi soccorso in favore delle vittime di mine delCanadian Centre for Mine Action Technology, da partedellazienda Niagara Prosthetic & OrthoticsInternational Ltd. (Ontario, Canada), con lassistenzadei partner del settore Hippo Design (Montebello,Québec), Précicad (Québec City, Québec), DuPont
  70. 70. (USA e Canada) e un team di ingegneri della Queen’sUniversity (Kingston, Ontario).La protesi è stata specificamente progettata per personedalla vita attiva e per coloro che camminano su terreniaccidentati. Una caratteristica chiave del design è lachiglia, una parte unica, a forma di S, che agisce damolla per accumulare e rilasciare energia durante lamarcia. “Il principio della redditività energeticaincorporato nel design delle protesi consenteallutilizzatore di camminare in modo più naturalerispetto a protesi dal design convenzionale” - spiegaRob Gabourie, fondatore di Niagara Prosthetic &Orthotics Corporation e inventore della protesi – “Ipazienti percepiscono e apprezzano le prestazioniofferte da questa apparecchiatura, che diminuisce losforzo muscolare richiesto per camminare”.La combinazione di un basso livello di fatica sottoflessione e di unalta resistenza alle sollecitazionifornita dal materiale con cui è stata realizzata questaprotesi , è stata un elemento fondamentale per larealizzazione di questo concetto – e Rob Gabourie èaddirittura convinto che il suo design nonfunzionerebbe con nessun altro materiale. Mentre altreresine, inclusi i poliossimetileni e le poliammidi, nonhanno superato i due milioni di carichi ciclici e hannosubito deformazioni o, in alcuni casi, cedimentistrutturali, questa ha nettamente superato questo limitedurante i severi collaudi effettuati alla Queen’sUniversity, come richiesto dagli standard ISO 10328.

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