TEDGlobal 2011
Todd Kuiken: A prosthetic arm that "feels"
Todd Kuiken: Un braccio protesico che "sente"
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Il fisiatra e ingegnere Todd Kuiken ha realizzato un braccio protesico collegato al sistema nervoso -- maggior movimento e miglior controllo, e persino trasmissione di percezioni tattili. Una sua paziente, Amanda Kitts, partecipa alla presentazione con la sua protesi robotizzata della prossima generazione.
Todd Kuiken - Biomedical engineer
A doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics. Full bio
A doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics. Full bio
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So today, I would like to talk with you
0
0
3000
Oggi vi vorrei parlare
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about bionics,
1
3000
2000
della bionica,
00:20
which is the popular term
2
5000
2000
termine popolare che indica
00:22
for the science of replacing part of a living organism
3
7000
3000
la scienza della sostituzione di parti di organismi viventi
00:25
with a mechatronic device, or a robot.
4
10000
3000
con congegni meccatronici, ossia con dei robot.
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It is essentially
5
13000
2000
Praticamente è
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the stuff of life meets machine.
6
15000
3000
la materia della vita che incontra la macchina.
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And specifically, I'd like to talk with you
7
18000
2000
E in particolare vi vorrei parlare
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about how bionics is evolving
8
20000
3000
di come si stia evolvendo la bionica
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for people with arm amputations.
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23000
3000
per chi ha subito l'amputazione del braccio.
00:41
This is our motivation.
10
26000
3000
E' questa la nostra motivazione.
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Arm amputation causes a huge disability.
11
29000
3000
L'amputazione di un braccio è molto invalidante.
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I mean, the functional impairment is clear.
12
32000
2000
Voglio dire, capiamo cosa significhi perdere certe funzioni.
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Our hands are amazing instruments.
13
34000
2000
Le mani sono degli strumenti straordinari.
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And when you lose one, far less both,
14
36000
3000
E se se ne perde una, per non dire due,
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it's a lot harder to do the things
15
39000
2000
è molto più difficile riuscire a compiere
00:56
we physically need to do.
16
41000
2000
le normali operazioni quotidiane.
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There's also a huge emotional impact.
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43000
2000
E c'è anche da considerare l'enorme impatto emotivo.
01:00
And actually, I spend as much of my time in clinic
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45000
2000
Infatti passo molto tempo in clinica
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dealing with the emotional adjustment of patients
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47000
3000
ad affrontare i problemi emotivi dei miei pazienti,
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as with the physical disability.
20
50000
2000
oltre a quelli fisici.
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And finally, there's a profound social impact.
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52000
3000
E infine c'è anche un profondo impatto sociale.
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We talk with our hands.
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55000
2000
Noi parliamo con le nostre mani.
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We greet with our hands.
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57000
2000
Salutiamo.
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And we interact with the physical world with our hands.
24
59000
3000
Interagiamo col mondo fisico servendoci di esse.
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And when they're missing,
25
62000
2000
E se mancano si creano
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it's a barrier.
26
64000
2000
barriere.
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Arm amputation is usually caused by trauma,
27
66000
3000
Di solito una mano viene amputata in seguito a un trauma,
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with things like industrial accidents,
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69000
2000
magari provocato da incidenti sul lavoro,
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motor vehicle collisions
29
71000
2000
da incidenti automobilistici
01:28
or, very poignantly, war.
30
73000
2000
oppure da conflitti armati.
01:30
There are also some children who are born without arms,
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75000
3000
Ma ci sono anche bambini che nascono senza braccia,
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called congenital limb deficiency.
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78000
3000
si tratta di assenza congenita di arti.
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Unfortunately, we don't do great
33
81000
2000
Purtroppo non riusciamo a fare cose fantastiche
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with upper-limb prosthetics.
34
83000
2000
con le protesi degli arti superiori.
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There are two general types.
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85000
2000
Ce ne sono di due tipi.
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They're called body-powered prostheses,
36
87000
2000
Sono le protesi azionate direttamente dal corpo,
01:44
which were invented just after the Civil War,
37
89000
2000
ideate al termine della Guerra Civile
01:46
refined in World War I and World War II.
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91000
3000
e migliorate nel corso delle due guerre mondiali.
01:49
Here you see a patent
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94000
2000
Questo è il brevetto
01:51
for an arm in 1912.
40
96000
2000
di un braccio artificiale del 1912.
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It's not a lot different
41
98000
2000
Non è molto diverso
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than the one you see on my patient.
42
100000
3000
da quello che indossa questo mio paziente.
01:58
They work by harnessing shoulder power.
43
103000
2000
Funzionano sfruttando l'energia della spalla.
02:00
So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable.
44
105000
3000
Così quando si contraggono le spalle, queste azionano un cavo di bicicletta.
02:03
And that bicycle cable can open or close a hand or a hook
45
108000
3000
E il cavo apre o chiude una mano o una pinza
02:06
or bend an elbow.
46
111000
2000
o piega un gomito.
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And we still use them commonly,
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113000
2000
Li usiamo ancora oggi
02:10
because they're very robust
48
115000
2000
perché sono molto robusti
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and relatively simple devices.
49
117000
2000
e relativamente semplici da gestire.
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The state of the art
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119000
2000
Tra gli sviluppi più recenti
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is what we call myoelectric prostheses.
51
121000
2000
abbiamo le protesi mioelettriche.
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These are motorized devices
52
123000
2000
Sono dei congegni motorizzati
02:20
that are controlled
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125000
2000
che vengono controllati
02:22
by little electrical signals from your muscle.
54
127000
2000
da piccoli segnali elettrici provenienti dal muscolo.
02:24
Every time you contract a muscle,
55
129000
2000
Ogni volta che si contrae il muscolo,
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it emits a little electricity
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131000
2000
questo emette dell'elettricità
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that you can record with antennae or electrodes
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133000
2000
che può essere captata con antenne o elettrodi
02:30
and use that to operate the motorized prosthesis.
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135000
3000
e usata per far funzionare i motori della protesi.
02:33
They work pretty well
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138000
2000
Funzionano abbastanza bene
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for people who have just lost their hand,
60
140000
2000
per chi ha perso una mano,
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because your hand muscles are still there.
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142000
2000
perché i muscoli che muovono la mano sono ancora presenti.
02:39
You squeeze your hand, these muscles contract.
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144000
2000
Quando si chiude il pugno i muscoli si contraggono.
02:41
You open it, these muscles contract.
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146000
2000
Lo stesso quando si riapre la mano.
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So it's intuitive, and it works pretty well.
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148000
3000
Dunque è intuitivo e funziona bene.
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Well how about with higher levels of amputation?
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151000
2000
E per quanto riguarda livelli di amputazione maggiori?
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Now you've lost your arm above the elbow.
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153000
2000
Parliamo della perdita di tutto l'arto superiore.
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You're missing not only these muscles,
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155000
2000
Non ci sono più muscoli,
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but your hand and your elbow too.
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157000
2000
né gomito né mano.
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What do you do?
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159000
2000
Che si fa?
02:56
Well our patients have to use
70
161000
2000
Beh, i nostri pazienti devono far uso
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very code-y systems
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163000
3000
di sistemi un po' macchinosi
03:01
of using just their arm muscles
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166000
2000
per usare i muscoli del braccio
03:03
to operate robotic limbs.
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168000
3000
e azionare l'arto robotico.
03:06
We have robotic limbs.
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171000
2000
Parliamo di arti robotici.
03:08
There are several available on the market, and here you see a few.
75
173000
3000
Ce ne sono di diversi tipi sul mercato, qui ne vedete alcuni.
03:11
They contain just a hand that will open and close,
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176000
3000
Sono costituiti da una mano apribile,
03:14
a wrist rotator and an elbow.
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179000
2000
un rotatore di polso e un gomito.
03:16
There's no other functions.
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181000
2000
Non ci sono altre funzioni.
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If they did, how would we tell them what to do?
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183000
2000
Se ce ne fossero, come potremmo farle eseguire?
03:20
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago
80
185000
3000
Noi abbiamo costruito un nostro braccio al Rehab Institute di Chicago
03:23
where we've added some wrist flexion and shoulder joints
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188000
3000
a cui abbiamo aggiunto la flessione del polso e le articolazioni della spalla
03:26
to get up to six motors, or six degrees of freedom.
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191000
3000
con sei motori, per avere sei gradi di libertà.
03:29
And we've had the opportunity to work with some very advanced arms
83
194000
3000
Abbiamo avuto l'opportunità di lavorare con degli arti molto avanzati,
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that were funded by the U.S. military, using these prototypes,
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197000
3000
messi a disposizione dalle forze armate statunitensi,
03:35
that had up to 10 different degrees of freedom
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200000
3000
che arrivavano a 10 diversi gradi di libertà
03:38
including movable hands.
86
203000
2000
compreso il movimento delle mani.
03:40
But at the end of the day,
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205000
2000
Ma in ultima analisi
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how do we tell these robotic arms what to do?
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207000
2000
come facciamo a dire a questi arti cosa fare?
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How do we control them?
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209000
2000
Come li controlliamo?
03:46
Well we need a neural interface,
90
211000
2000
Beh, abbiamo bisogno di un'interfaccia neurale,
03:48
a way to connect to our nervous system
91
213000
2000
qualcosa per collegarli al sistema nervoso
03:50
or our thought processes
92
215000
2000
o al nostro pensiero
03:52
so that it's intuitive, it's natural,
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217000
2000
così che il movimento sia intuitivo, naturale
03:54
like for you and I.
94
219000
4000
come accade per noi.
03:58
Well the body works by starting a motor command in your brain,
95
223000
3000
Bene, il movimento del corpo inizia da un comando impartito dal cervello,
04:01
going down your spinal cord,
96
226000
2000
che scende nel midollo spinale
04:03
out the nerves and to your periphery.
97
228000
2000
fino ai nervi e al sistema periferico.
04:05
And your sensation's the exact opposite.
98
230000
2000
E la nostra sensazione va in modo opposto.
04:07
You touch yourself, there's a stimulus
99
232000
2000
Appena vi toccate parte uno stimolo
04:09
that comes up those very same nerves back up to your brain.
100
234000
3000
che fa il viaggio a ritroso fino ad arrivare al cervello.
04:13
When you lose your arm, that nervous system still works.
101
238000
3000
Quando si perde un braccio, quel sistema nervoso funziona ancora.
04:16
Those nerves can put out command signals.
102
241000
3000
Quei nervi possono comunicare dei segnali di comando.
04:19
And if I tap the nerve ending
103
244000
2000
E se tocco la terminazione nervosa
04:21
on a World War II vet,
104
246000
2000
di un veterano della II guerra mondiale
04:23
he'll still feel his missing hand.
105
248000
2000
lui può ancora sentire la mano mancante.
04:25
So you might say,
106
250000
2000
Mi potreste dire,
04:27
let's go to the brain
107
252000
2000
potremmo inserire
04:29
and put something in the brain to record signals,
108
254000
3000
qualcosa nel cervello per registrare i segnali,
04:32
or in the end of the peripheral nerve and record them there.
109
257000
3000
oppure nella terminazione nervosa e registrarli lì.
04:35
And these are very exciting research areas,
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260000
3000
Queste sono aree di ricerca veramente interessanti,
04:38
but it's really, really hard.
111
263000
2000
ma è molto, molto difficile.
04:40
You have to put in
112
265000
2000
Dovreste poter inserire
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hundreds of microscopic wires
113
267000
2000
centinaia di fili microscopici
04:44
to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers
114
269000
4000
collegati a quei singoli piccoli neuroni -- fibre ordinarie
04:48
that put out tiny signals
115
273000
2000
che emettono piccolissimi segnali,
04:50
that are microvolts.
116
275000
2000
i microvolt.
04:52
And it's just too hard
117
277000
2000
Troppo complicato
04:54
to use now and for my patients today.
118
279000
2000
sia per me che per i miei pazienti.
04:56
So we developed a different approach.
119
281000
3000
Perciò abbiamo usato un approccio diverso.
04:59
We're using a biological amplifier
120
284000
3000
Usiamo un amplificatore biologico
05:02
to amplify these nerve signals -- muscles.
121
287000
3000
per amplificare i segnali che arrivano dai nervi: i muscoli.
05:05
Muscles will amplify the nerve signals
122
290000
2000
I muscoli amplificano i segnali dei nervi
05:07
about a thousand-fold,
123
292000
2000
di circa 1000 volte,
05:09
so that we can record them from on top of the skin,
124
294000
3000
così che li possiamo registrare al livello della pelle,
05:12
like you saw earlier.
125
297000
2000
come avete visto prima.
05:14
So our approach is something we call targeted reinnervation.
126
299000
3000
Abbiamo chiamato il nostro approccio reinnervazione mirata.
05:17
Imagine, with somebody who's lost their whole arm,
127
302000
3000
Pensate, se abbiamo una persona che ha perso tutto il braccio,
05:20
we still have four major nerves
128
305000
2000
abbiamo ancora quattro nervi principali
05:22
that go down your arm.
129
307000
2000
che vanno verso il braccio.
05:24
And we take the nerve away from your chest muscle
130
309000
3000
Allora spostiamo i nervi dal muscolo del petto
05:27
and let these nerves grow into it.
131
312000
3000
e vi infiliamo i quattro nervi.
05:30
Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts.
132
315000
3000
Adesso basta pensare "Chiudi la mano", e una piccola parte del petto si contrae.
05:33
You think, "Bend elbow,"
133
318000
2000
Pensi "Piega il gomito"
05:35
a different section contracts.
134
320000
2000
e si contrae un'altra zona del petto.
05:37
And we can use electrodes or antennae
135
322000
2000
E possiamo usare elettrodi o antenne
05:39
to pick that up and tell the arm to move.
136
324000
3000
che captano il segnale e dicono al braccio di muoversi.
05:42
That's the idea.
137
327000
2000
Questa è l'idea.
05:44
So this is the first man that we tried it on.
138
329000
3000
Questo è il primo paziente su cui l'abbiamo provato.
05:47
His name is Jesse Sullivan.
139
332000
2000
Si chiama Jesse Sullivan.
05:49
He's just a saint of a man --
140
334000
2000
E' un uomo benedetto --
05:51
54-year-old lineman who touched the wrong wire
141
336000
2000
un operaio di 54 anni addetto ai cavi elettrici che ha toccato il filo sbagliato;
05:53
and had both of his arms burnt so badly
142
338000
3000
la corrente gli ha bruciato le braccia al punto
05:56
they had to be amputated at the shoulder.
143
341000
2000
da rendere necessaria l'amputazione dalla spalla.
05:58
Jesse came to us at the RIC
144
343000
2000
Jesse venne da noi al RIC
06:00
to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them.
145
345000
3000
per essere equipaggiato con questi congegni all'avanguardia, ed eccolo qui.
06:03
I'm still using that old technology
146
348000
3000
Sto ancora usando la vecchia tecnologia
06:06
with a bicycle cable on his right side.
147
351000
2000
del cavo di bicicletta, sul lato destro.
06:08
And he picks which joint he wants to move with those chin switches.
148
353000
3000
E Jesse seleziona le articolazioni che vuole muovere agendo sugli interruttori.
06:11
On the left side he's got a modern motorized prosthesis
149
356000
3000
A sinistra indossa una moderna protesi motorizzata,
06:14
with those three joints,
150
359000
2000
con quelle tre articolazioni,
06:16
and he operates little pads in his shoulder
151
361000
3000
e lui agisce su delle piccole placche sulla spalla
06:19
that he touches to make the arm go.
152
364000
2000
che fanno muovere il braccio.
06:21
And Jesse's a good crane operator,
153
366000
2000
Jesse è un bravo gruista,
06:23
and he did okay by our standards.
154
368000
2000
e per i nostri standard andava molto bene.
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He also required a revision surgery on his chest.
155
370000
3000
Ha avuto bisogno di un intervento di aggiustamento al petto.
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And that gave us the opportunity
156
373000
2000
Questo ci ha dato l'opportunità
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to do targeted reinnervation.
157
375000
2000
di praticare la reinnervazione mirata.
06:32
So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery.
158
377000
3000
Il mio collega, il Dott. Greg Dumanian, ha eseguito l'intervento.
06:35
First, we cut away the nerve to his own muscle,
159
380000
3000
Per prima cosa abbiamo asportato il nervo del muscolo,
06:38
then we took the arm nerves
160
383000
2000
poi abbiamo preso i nervi del braccio
06:40
and just kind of had them shift down onto his chest
161
385000
2000
e li abbiamo riposizionati nel petto,
06:42
and closed him up.
162
387000
2000
e poi abbiamo richiuso.
06:44
And after about three months,
163
389000
2000
Dopo circa tre mesi
06:46
the nerves grew in a little bit and we could get a twitch.
164
391000
2000
i nervi erano già cresciuti e c'erano deboli contrazioni.
06:48
And after six months, the nerves grew in well,
165
393000
3000
E dopo sei mesi i nervi erano cresciuti bene
06:51
and you could see strong contractions.
166
396000
2000
e le contrazioni erano belle forti.
06:53
And this is what it looks like.
167
398000
2000
Ecco quello che succede.
06:55
This is what happens when Jesse thinks
168
400000
2000
Ecco cosa avviene quando Jesse pensa
06:57
open and close his hand,
169
402000
2000
di aprire e chiudere la mano,
06:59
or bend or straighten your elbow.
170
404000
3000
o di flettere il gomito.
07:02
You can see the movements on his chest,
171
407000
2000
Potete vedere il movimento del muscolo pettorale,
07:04
and those little hash marks
172
409000
2000
e tutti quei piccoli segni
07:06
are where we put our antennae, or electrodes.
173
411000
2000
indicano dove abbiamo inserito antenne o elettrodi.
07:08
And I challenge anybody in the room
174
413000
2000
Sfido chiunque tra voi
07:10
to make their chest go like this.
175
415000
2000
a muovere il petto in questo modo.
07:12
His brain is thinking about his arm.
176
417000
2000
Il suo cervello pensa al braccio.
07:14
He has not learned how to do this with the chest.
177
419000
3000
Non ha imparato a farlo usando il petto.
07:17
There is not a learning process.
178
422000
2000
Non esiste un processo di apprendimento.
07:19
That's why it's intuitive.
179
424000
2000
Ecco perché è intuitivo.
07:21
So here's Jesse in our first little test with him.
180
426000
3000
Qui vediamo Jesse durante il primo esperimento.
07:24
On the left-hand side, you see his original prosthesis,
181
429000
3000
A sinistra vedete la protesi originale,
07:27
and he's using those switches
182
432000
2000
dove usa quegli interruttori
07:29
to move little blocks from one box to the other.
183
434000
2000
per spostare i mattoncini da un contenitore all'altro.
07:31
He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it.
184
436000
3000
Ha fatto pratica col braccio per una ventina di mesi, ed è molto bravo.
07:34
On the right side,
185
439000
2000
A destra,
07:36
two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis --
186
441000
3000
due mesi dopo aver praticato le reinnervazioni -
07:39
which, by the way, is the same physical arm,
187
444000
3000
a proposito, è lo stesso braccio meccanico,
07:42
just programmed a little different --
188
447000
2000
ma programmato in modo differente --
07:44
you can see that he's much faster
189
449000
2000
potete vedere quanto sia più veloce
07:46
and much smoother as he moves these little blocks.
190
451000
3000
e più fluido quando sposta i mattoncini.
07:49
And we're only able to use three of the signals at this time.
191
454000
3000
A questo stadio siamo in grado di usare solo tre segnali.
07:52
Then we had one of those little surprises in science.
192
457000
5000
E poi c'è stata una piccola sorpresa.
07:57
So we're all motivated to get motor commands
193
462000
2000
Eravamo tutti concentrati sui comandi motore
07:59
to drive robotic arms.
194
464000
2000
per il movimento del braccio.
08:01
And after a few months,
195
466000
2000
E dopo alcuni mesi,
08:03
you touch Jesse on his chest,
196
468000
2000
toccando i muscoli del petto,
08:05
and he felt his missing hand.
197
470000
3000
Jesse ha di nuovo la sensazione della mano.
08:08
His hand sensation grew into his chest again
198
473000
2000
Forse la sensazione è aumentata per via del fatto
08:10
probably because we had also taken away a lot of fat,
199
475000
3000
che avevamo asportato molta materia grassa,
08:13
so the skin was right down to the muscle
200
478000
2000
cosicché non c'erano barriere tra pelle e muscoli,
08:15
and deinnervated, if you would, his skin.
201
480000
2000
e praticamente abbiamo disinnervato la pelle.
08:17
So you touch Jesse here, he feels his thumb;
202
482000
2000
E così se Jesse viene toccato in questo punto,
08:19
you touch it here, he feels his pinky.
203
484000
2000
riesce a sentire il pollice, e qui il mignolo.
08:21
He feels light touch
204
486000
2000
Riesce a percepire
08:23
down to one gram of force.
205
488000
2000
pressioni di un grammo.
08:25
He feels hot, cold, sharp, dull,
206
490000
3000
Percepisce il caldo, il freddo, le superfici lisce e ruvide,
08:28
all in his missing hand,
207
493000
2000
e tutto con la mano mancante,
08:30
or both his hand and his chest,
208
495000
2000
o meglio, con mano e petto,
08:32
but he can attend to either.
209
497000
2000
ma può farlo con l'una o l'altro.
08:34
So this is really exciting for us,
210
499000
2000
Questa è una cosa fantastica,
08:36
because now we have a portal,
211
501000
2000
perché ora disponiamo di un portale,
08:38
a portal, or a way to potentially give back sensation,
212
503000
4000
di un modo per restituire le sensazioni perdute,
08:42
so that he might feel what he touches
213
507000
2000
così che possa nuovamente percepire
08:44
with his prosthetic hand.
214
509000
2000
ciò che tocca con la sua mano protesica.
08:46
Imagine sensors in the hand
215
511000
2000
Immaginate i sensori della mano
08:48
coming up and pressing on this new hand skin.
216
513000
3000
che trasmettono fedelmente tutte queste sensazioni.
08:51
So it was very exciting.
217
516000
2000
Davvero fantastico.
08:53
We've also gone on
218
518000
2000
Abbiamo anche fatto progressi
08:55
with what was initially our primary population
219
520000
2000
con quello che era inizialmente il campione primario
08:57
of people with above-the-elbow amputations.
220
522000
2000
di persone con amputazioni al di sopra del gomito.
08:59
And here we deinnervate, or cut the nerve away,
221
524000
3000
Qui disinnerviamo, ossia asportiamo i nervi
09:02
just from little segments of muscle
222
527000
2000
da piccoli segmenti di muscolo,
09:04
and leave others alone
223
529000
2000
senza alterare gli altri,
09:06
that give us our up-down signals
224
531000
2000
per poter convogliare i segnali,
09:08
and two others that will give us a hand open and close signal.
225
533000
3000
e ne usiamo due per il segnale di mano chiusa o aperta.
09:11
This was one of our first patients, Chris.
226
536000
2000
Ecco uno dei nostri primi pazienti, Chris.
09:13
You see him with his original device
227
538000
2000
Qui a sinistra lo vediamo con la sua protesi originale
09:15
on the left there after eight months of use,
228
540000
2000
dopo otto mesi di pratica, e qui a destra
09:17
and on the right, it is two months.
229
542000
2000
dopo solo due mesi (di pratica con la nuova).
09:19
He's about four or five times as fast
230
544000
3000
E' circa 4-5 volte più rapido
09:22
with this simple little performance metric.
231
547000
3000
con questo semplice rilevatore metrico.
09:25
All right.
232
550000
2000
Bene.
09:27
So one of the best parts of my job
233
552000
3000
Dunque uno degli aspetti migliori del mio lavoro
09:30
is working with really great patients
234
555000
2000
è poter lavorare con pazienti fantastici
09:32
who are also our research collaborators.
235
557000
2000
che sono anche collaboratori di ricerca.
09:34
And we're fortunate today
236
559000
2000
E oggi abbiamo la fortuna
09:36
to have Amanda Kitts come and join us.
237
561000
2000
di avere tra noi Amanda Kitts.
09:38
Please welcome Amanda Kitts.
238
563000
2000
Diamo il benvenuto ad Amanda.
09:40
(Applause)
239
565000
7000
(Applausi)
09:47
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
240
572000
3000
Bene, Amanda, vuoi raccontarci come hai perduto il braccio?
09:50
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident.
241
575000
3000
Amanda Kitts: Certo. Nel 2006 ho avuto un incidente automobilistico.
09:53
And I was driving home from work,
242
578000
3000
Stavo tornando a casa dal lavoro,
09:56
and a truck was coming the opposite direction,
243
581000
2000
quando un camion che procedeva in senso contrario
09:58
came over into my lane,
244
583000
2000
ha invaso la mia corsia
10:00
ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
245
585000
4000
finendo sulla mia macchina, e strappandomi il braccio con l'asse delle ruote.
10:04
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up.
246
589000
3000
Todd Kuiken: Ok, e poi, dopo l'amputazione, pian piano ti sei ripresa.
10:07
And you've got one of these conventional arms.
247
592000
2000
E hai indossato una di queste protesi convenzionali.
10:09
Can you tell us how it worked?
248
594000
3000
Puoi dirci come funzionava?
10:12
AK: Well, it was a little difficult,
249
597000
2000
AK: Beh, era un po' complicato,
10:14
because all I had to work with was a bicep and a tricep.
250
599000
2000
perché dovevo far funzionare un bicipite e un tricipite.
10:16
So for the simple little things like picking something up,
251
601000
3000
Per le cose semplici, come raccogliere un oggetto,
10:19
I would have to bend my elbow,
252
604000
3000
dovevo piegare il gomito,
10:22
and then I would have to cocontract
253
607000
2000
per poi doverlo co-contrarre
10:24
to get it to change modes.
254
609000
2000
per modificarne la funzionalità.
10:26
When I did that,
255
611000
2000
Quando lo facevo
10:28
I had to use my bicep
256
613000
3000
dovevo usare il bicipite
10:31
to get the hand to close,
257
616000
2000
per far chiudere la mano,
10:33
use my tricep to get it to open,
258
618000
2000
il tricipite per riaprirla, e poi
10:35
cocontract again
259
620000
2000
co-contrarli di nuovo
10:37
to get the elbow to work again.
260
622000
2000
per poter usare nuovamente il gomito.
10:39
TK: So it was a little slow?
261
624000
2000
TK: Era un processo un po' lento?
10:41
AK: A little slow, and it was just hard to work.
262
626000
3000
AK: Lento e difficile da eseguire.
10:44
You had to concentrate a whole lot.
263
629000
2000
C'era bisogno di molta concentrazione.
10:46
TK: Okay, so I think about nine months later
264
631000
3000
TK: Ok. Dopo circa nove mesi
10:49
that you had the targeted reinnervation surgery,
265
634000
2000
dall'intervento di reinnervazione
10:51
took six more months to have all the reinnervation.
266
636000
3000
ci sono voluti altri 6 mesi per la reinnervazione completa.
10:54
Then we fit her with a prosthesis.
267
639000
3000
E poi abbiamo applicato la protesi.
10:57
And how did that work for you?
268
642000
2000
E com'è andata?
10:59
AK: It works good.
269
644000
3000
AK: Funziona bene.
11:02
I was able to use my elbow
270
647000
4000
Potevo usare gomito e mano
11:06
and my hand simultaneously.
271
651000
3000
nello stesso tempo.
11:09
I could work them just by my thoughts.
272
654000
2000
E li facevo muovere solo pensando al movimento.
11:11
So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
273
656000
3000
Non c'era più bisogno di effettuare co-contrazioni.
11:14
TK: A little faster?
274
659000
2000
TK: Un po' più veloce?
11:16
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
275
661000
4000
AK: Più veloce e molto, molto più naturale.
11:20
TK: Okay, this was my goal.
276
665000
3000
TK: Bene, questo era il mio obiettivo.
11:23
For 20 years, my goal was to let somebody
277
668000
3000
Per 20 anni il mio scopo era stato trovare il sistema
11:26
[be] able to use their elbow and hand in an intuitive way
278
671000
3000
per usare gomito e mano in modo intuitivo
11:29
and at the same time.
279
674000
2000
e contemporaneamente.
11:31
And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery,
280
676000
3000
E adesso abbiamo più di 50 pazienti in tutto il mondo su cui siamo intervenuti,
11:34
including over a dozen of our wounded warriors
281
679000
2000
tra cui una dozzina di reduci
11:36
in the U.S. armed services.
282
681000
2000
delle forze armate statunitensi.
11:38
The success rate of the nerve transfers is very high.
283
683000
3000
Il tasso di successo di questo intervento è altissimo.
11:41
It's like 96 percent.
284
686000
2000
Siamo al 96 %.
11:43
Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle.
285
688000
3000
Perché posizioniamo un nervo bello grosso su una piccola porzione di muscolo.
11:46
And it provides intuitive control.
286
691000
4000
E questo consente un controllo intuitivo.
11:50
Our functional testing, those little tests,
287
695000
2000
I nostri esami funzionali, quei piccoli test che avete visto,
11:52
all show that they're a lot quicker and a lot easier.
288
697000
2000
testimoniano tutti maggiore velocità e facilità d'uso.
11:54
And the most important thing
289
699000
2000
E la cosa più importante
11:56
is our patients have appreciated it.
290
701000
2000
è che i nostri pazienti lo hanno apprezzato.
11:58
So that was all very exciting.
291
703000
2000
Dunque va tutto bene.
12:00
But we want to do better.
292
705000
3000
Ma vogliamo fare ancora meglio.
12:03
There's a lot of information in those nerve signals,
293
708000
4000
Attraverso i nervi passa una gran quantità di informazioni,
12:07
and we wanted to get more.
294
712000
2000
e noi volevamo catturarne di più.
12:09
You can move each finger. You can move your thumb, your wrist.
295
714000
3000
Si possono muovere le singole dita, il pollice, il polso.
12:12
Can we get more out of it?
296
717000
2000
Possiamo fare di più?
12:14
So we did some experiments
297
719000
2000
Abbiamo eseguito degli esperimenti
12:16
where we saturated our poor patients with zillions of electrodes
298
721000
3000
in cui abbiamo sommerso di elettrodi i nostri poveri pazienti
12:19
and then had them try to do two dozen different tasks --
299
724000
3000
e poi abbiamo assegnato loro tanti compiti diversi --
12:22
from wiggling a finger to moving a whole arm
300
727000
3000
dalla contorsione di un dito all'estensione di tutto il braccio
12:25
to reaching for something --
301
730000
2000
per raggiungere un oggetto --
12:27
and recorded this data.
302
732000
2000
e abbiamo registrati tutti i dati.
12:29
And then we used some algorithms
303
734000
2000
Abbiamo poi applicato degli algoritmi
12:31
that are a lot like speech recognition algorithms,
304
736000
2000
simili a quelli del riconoscimento vocale,
12:33
called pattern recognition.
305
738000
2000
detti di riconoscimento di schema (pattern recognition).
12:35
See.
306
740000
2000
Guardate.
12:37
(Laughter)
307
742000
2000
(Risate)
12:39
And here you can see, on Jesse's chest,
308
744000
2000
E qui potete osservare, sul petto di Jesse,
12:41
when he just tried to do three different things,
309
746000
2000
mentre cerca di fare tre cose diverse,
12:43
you can see three different patterns.
310
748000
2000
tre formazioni diverse.
12:45
But I can't put in an electrode
311
750000
2000
Ma non è possibile inserire un elettrodo
12:47
and say, "Go there."
312
752000
2000
e dire, "Va' lì".
12:49
So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick,
313
754000
3000
Abbiamo chiesto la collaborazione di alcuni colleghi dell'Università del New Brunswick,
12:52
came up with this algorithm control,
314
757000
2000
che hanno sviluppato quest'algoritmo
12:54
which Amanda can now demonstrate.
315
759000
2000
che ora vi mostrerà Amanda.
12:56
AK: So I have the elbow that goes up and down.
316
761000
5000
AK: Il mio gomito si sposta in su e in giù.
13:01
I have the wrist rotation
317
766000
2000
Posso ruotare il polso
13:03
that goes -- and it can go all the way around.
318
768000
3000
di 360 gradi.
13:06
And I have the wrist flexion and extension.
319
771000
4000
E poi posso fletterlo ed estenderlo.
13:10
And I also have the hand closed and open.
320
775000
3000
E posso aprire e chiudere la mano.
13:13
TK: Thank you, Amanda.
321
778000
2000
TK: Grazie, Amanda.
13:15
Now this is a research arm,
322
780000
2000
Ora questo braccio è sperimentale,
13:17
but it's made out of commercial components from here down
323
782000
3000
ma è fatto di componenti commerciali da qui in giù
13:20
and a few that I've borrowed from around the world.
324
785000
3000
e alcuni li ho presi in prestito da altre parti del mondo.
13:23
It's about seven pounds,
325
788000
3000
Pesa poco più di 3 kg,
13:26
which is probably about what my arm would weigh
326
791000
2000
circa il peso del mio braccio se lo avessi
13:28
if I lost it right here.
327
793000
2000
perso in questo punto.
13:30
Obviously, that's heavy for Amanda.
328
795000
3000
Ovviamente è pesante per Amanda.
13:33
And in fact, it feels even heavier,
329
798000
2000
E di fatto sembra anche più pesante
13:35
because it's not glued on the same.
330
800000
2000
dato che non è impiantato.
13:37
She's carrying all the weight through harnesses.
331
802000
2000
Amanda ne sostiene tutto il peso con un'imbragatura.
13:39
So the exciting part isn't so much the mechatronics,
332
804000
3000
Ma la parte più emozionante non è la meccatronica,
13:42
but the control.
333
807000
2000
bensì il controllo.
13:44
So we've developed a small microcomputer
334
809000
3000
Abbiamo sviluppato un microcomputer
13:47
that is blinking somewhere behind her back
335
812000
3000
che le abbiamo sistemato dietro la schiena,
13:50
and is operating this
336
815000
2000
attraverso il quale
13:52
all by the way she trains it
337
817000
2000
Amanda riesce ad elaborare
13:54
to use her individual muscle signals.
338
819000
2000
ciascun segnale muscolare.
13:56
So Amanda, when you first started using this arm,
339
821000
2000
Dunque Amanda, quando hai cominciato ad usare questo braccio
13:58
how long did it take to use it?
340
823000
3000
quanto ci hai messo per prendervi confidenza?
14:01
AK: It took just about probably three to four hours
341
826000
2000
AK: Probabilmente dalle tre alle quattro ore
14:03
to get it to train.
342
828000
2000
per impostare l'addestramento.
14:05
I had to hook it up to a computer,
343
830000
2000
Dovevo collegarlo a un computer,
14:07
so I couldn't just train it anywhere.
344
832000
2000
per cui non potevo addestrarlo in ogni luogo.
14:09
So if it stopped working, I just had to take it off.
345
834000
3000
E appena terminata l'esercitazione dovevo toglierlo.
14:12
So now it's able to train
346
837000
2000
Ora invece posso esercitarmi ovunque
14:14
with just this little piece on the back.
347
839000
2000
grazie a questo microcomputer che indosso.
14:16
I can wear it around.
348
841000
2000
Posso andarci in giro.
14:18
If it stops working for some reason, I can retrain it.
349
843000
3000
In caso di malfunzionamento posso resettarlo.
14:21
Takes about a minute.
350
846000
2000
Ci vuole solo un minuto.
14:23
TK: So we're really excited,
351
848000
2000
TK: Siamo tutti entusiasti
14:25
because now we're getting to a clinically practical device.
352
850000
3000
perché adesso disponiamo di un congegno adatto alla pratica clinica.
14:28
And that's where our goal is --
353
853000
2000
Ecco il nostro obiettivo --
14:30
to have something clinically pragmatic to wear.
354
855000
4000
poter indossare qualcosa di clinicamente pragmatico.
14:34
We've also had Amanda able to use
355
859000
3000
Amanda ha provato ad usare
14:37
some of our more advanced arms that I showed you earlier.
356
862000
3000
anche qualcuna delle nostre protesi più avanzate, che vi ho già mostrato.
14:41
Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation.
357
866000
3000
Ecco Amanda con un braccio realizzato dalla DEKA Research Corporation.
14:44
And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago.
358
869000
4000
Credo che Dean Kamen lo abbia presentato a TED qualche anno fa.
14:48
So Amanda, you can see,
359
873000
2000
Dunque potete vedere come
14:50
has really good control.
360
875000
2000
Amanda abbia un ottimo controllo.
14:52
It's all the pattern recognition.
361
877000
2000
Tutto basato sul riconoscimento di schemi.
14:54
And it now has a hand that can do different grasps.
362
879000
3000
Con la mano può esercitare diversi tipi di presa.
14:57
What we do is have the patient go all the way open
363
882000
3000
Praticamente il paziente pensa:
15:00
and think, "What hand grasp pattern do I want?"
364
885000
3000
"Che tipo di presa voglio usare?".
15:03
It goes into that mode,
365
888000
2000
Così avviene la selezione,
15:05
and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand.
366
890000
2000
e si possono scegliere fino a sei diversi tipi di presa.
15:07
Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
367
892000
3000
Amanda, quanti riuscivi a farne col braccio della DEKA?
15:10
AK: I was able to get four.
368
895000
2000
AK: Quattro.
15:12
I had the key grip, I had a chuck grip,
369
897000
3000
Per usare le chiavi, per trattenere oggetti,
15:15
I had a power grasp
370
900000
2000
per esercitare una certa forza,
15:17
and I had a fine pinch.
371
902000
2000
e per i movimenti di precisione.
15:19
But my favorite one was just when the hand was open,
372
904000
2000
Ma il mio favorito era quando la mano era aperta,
15:21
because I work with kids,
373
906000
2000
perché lavoro con i bambini,
15:23
and so all the time you're clapping and singing,
374
908000
3000
e spesso si battono le mani e si canta;
15:26
so I was able to do that again, which was really good.
375
911000
3000
in questo modo riuscivo a farlo di nuovo, ed è bellissimo.
15:29
TK: That hand's not so good for clapping.
376
914000
2000
TK: Ma quella mano non è molto adatta per applaudire.
15:31
AK: Can't clap with this one.
377
916000
2000
AK: Con questa non ci riesco.
15:33
TK: All right. So that's exciting
378
918000
2000
TK: Bene. E' affascinante pensare
15:35
on where we may go with the better mechatronics,
379
920000
2000
dove potremo arrivare con una migliore meccatronica,
15:37
if we make them good enough
380
922000
2000
realizzando costruzioni con un'efficienza tale
15:39
to put out on the market and use in a field trial.
381
924000
3000
da poter essere commercializzate e provate sul campo.
15:42
I want you to watch closely.
382
927000
2000
Guardate attentamente.
15:44
(Video) Claudia: Oooooh!
383
929000
2000
(Video) Claudia: Oooooh!
15:46
TK: That's Claudia,
384
931000
2000
TK: Questa è Claudia,
15:48
and that was the first time
385
933000
2000
e qui è la prima volta che
15:50
she got to feel sensation through her prosthetic.
386
935000
3000
riesce a provare delle sensazioni attraverso la protesi.
15:53
She had a little sensor at the end of her prosthesis
387
938000
3000
Aveva un piccolo sensore all'estremità della protesi,
15:56
that then she rubbed over different surfaces,
388
941000
3000
e facendole sfiorare diverse superfici
15:59
and she could feel different textures
389
944000
2000
riusciva a percepirne le diversità,
16:01
of sandpaper, different grits, ribbon cable,
390
946000
3000
ad esempio carta vetrata, granulati, cavi elettrici piatti,
16:04
as it pushed on her reinnervated hand skin.
391
949000
3000
le cui caratteristiche venivano trasmesse attraverso la mano.
16:07
She said that when she just ran it across the table,
392
952000
3000
Ci diceva che quando passava la mano sulla tavola
16:10
it felt like her finger was rocking.
393
955000
2000
aveva la sensazione che il dito si muovesse.
16:12
So that's an exciting laboratory experiment
394
957000
2000
Proprio un esperimento appassionante,
16:14
on how to give back, potentially, some skin sensation.
395
959000
3000
che consente di restituire, potenzialmente, alcune sensazioni della pelle.
16:17
But here's another video that shows some of our challenges.
396
962000
3000
Ma ecco un altro video che vi mostra alcune delle nostre sfide.
16:20
This is Jesse, and he's squeezing a foam toy.
397
965000
3000
Qui c'è Jesse che stringe un giocattolo di gomma.
16:23
And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle
398
968000
3000
E a una pressione maggiore -- vedete questa cosetta nera al centro
16:26
that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes.
399
971000
3000
che spinge sulla pelle in modo proporzionale alla pressione esercitata.
16:29
But look at all the electrodes around it.
400
974000
2000
Ma guardate tutti questi elettrodi.
16:31
I've got a real estate problem.
401
976000
2000
Ho un problema di spazio.
16:33
You're supposed to put a bunch of these things on there,
402
978000
2000
Dovremmo poter posizionare in quel punto molti di questi aggeggi,
16:35
but our little motor's making all kinds of noise
403
980000
3000
ma il nostro piccolo motore genera tanti rumorini
16:38
right next to my electrodes.
404
983000
2000
proprio vicino agli elettrodi.
16:40
So we're really challenged on what we're doing there.
405
985000
3000
Dunque per noi è una grande sfida.
16:43
The future is bright.
406
988000
2000
Ma il futuro è splendente.
16:45
We're excited about where we are and a lot of things we want to do.
407
990000
3000
Siamo entusiasti per i risultati e per ciò che resta da fare.
16:48
So for example,
408
993000
2000
Per esempio,
16:50
one is to get rid of my real estate problem
409
995000
3000
dobbiamo risolvere il mio problema di spazio
16:53
and get better signals.
410
998000
2000
ed ottenere segnali migliori.
16:55
We want to develop these little tiny capsules
411
1000000
3000
Vogliamo sviluppare queste piccole capsule
16:58
about the size of a piece of risotto
412
1003000
2000
grandi come un chicco di riso,
17:00
that we can put into the muscles
413
1005000
2000
per poterle inserire nei muscoli
17:02
and telemeter out the EMG signals,
414
1007000
3000
ed ottenere la trasmissione dei segnali bio-elettrici (EMG),
17:05
so that it's not worrying about electrode contact.
415
1010000
3000
evitando così il contatto con gli elettrodi.
17:08
And we can have the real estate open
416
1013000
2000
E possiamo estendere la ricerca
17:10
to try more sensation feedback.
417
1015000
2000
per includere altri tipi di sensori.
17:12
We want to build a better arm.
418
1017000
2000
Vogliamo costruire un braccio migliore.
17:14
This arm -- they're always made for the 50th percentile male --
419
1019000
4000
Questo braccio -- sono realizzati sempre per il 50° percentile maschile --
17:18
which means they're too big for five-eighths of the world.
420
1023000
4000
ossia sono troppo grandi per i 5/8 della popolazione mondiale.
17:22
So rather than a super strong or super fast arm,
421
1027000
3000
Ma invece di sviluppare un braccio super forte e super veloce
17:25
we're making an arm that is --
422
1030000
2000
facciamo un braccio che è --
17:27
we're starting with,
423
1032000
2000
stiamo cominciando
17:29
the 25th percentile female --
424
1034000
3000
col 25° percentile femminile --
17:32
that will have a hand that wraps around,
425
1037000
2000
che avrà una mano adatta ad ogni presa,
17:34
opens all the way,
426
1039000
2000
che si apre completamente,
17:36
two degrees of freedom in the wrist and an elbow.
427
1041000
3000
con due gradi di libertà al polso e al gomito.
17:39
So it'll be the smallest and lightest
428
1044000
2000
Sarà dunque il braccio più piccolo e leggero
17:41
and the smartest arm ever made.
429
1046000
2000
e intelligente mai costruito finora.
17:43
Once we can do it that small,
430
1048000
2000
Se riusciamo a farne di piccoli,
17:45
it's a lot easier making them bigger.
431
1050000
2000
sarà molto più facile farne di più grandi.
17:47
So those are just some of our goals.
432
1052000
3000
E questi sono solo alcuni dei nostri obiettivi.
17:50
And we really appreciate you all being here today.
433
1055000
4000
Siamo molto grati della vostra presenza qui oggi.
17:54
I'd like to tell you a little bit about the dark side,
434
1059000
2000
Ma vorrei parlarvi anche del 'lato oscuro',
17:56
with yesterday's theme.
435
1061000
2000
di quello che è successo ieri.
17:58
So Amanda came jet-lagged,
436
1063000
2000
Amanda risentiva ancora del jet-lag
18:00
she's using the arm,
437
1065000
2000
doveva usare il braccio,
18:02
and everything goes wrong.
438
1067000
2000
e andava tutto storto.
18:04
There was a computer spook,
439
1069000
2000
Problemi di computer,
18:06
a broken wire,
440
1071000
2000
un filo rotto,
18:08
a converter that sparked.
441
1073000
2000
un convertitore fuori uso.
18:10
We took out a whole circuit in the hotel
442
1075000
2000
Abbiamo smontato tutto il circuito in hotel
18:12
and just about put on the fire alarm.
443
1077000
2000
e abbiamo quasi fatto scattare l'allarme antincendio.
18:14
And none of those problems could I have dealt with,
444
1079000
3000
E io non sarei riuscito a risolvere alcun problema
18:17
but I have a really bright research team.
445
1082000
2000
se non avessi avuto con me i miei brillanti collaboratori.
18:19
And thankfully Dr. Annie Simon was with us
446
1084000
3000
Grazie al cielo la Dott.ssa Annie Simon era con noi
18:22
and worked really hard yesterday to fix it.
447
1087000
2000
e ieri ha lavorato sodo per risolvere i problemi.
18:24
That's science.
448
1089000
2000
Questa è la scienza.
18:26
And fortunately, it worked today.
449
1091000
2000
E fortunatamente oggi è andato tutto bene.
18:28
So thank you very much.
450
1093000
2000
Vi ringrazio molto.
18:30
(Applause)
451
1095000
14000
(Applausi)
ABOUT THE SPEAKER
Todd Kuiken - Biomedical engineerA doctor and engineer, Todd Kuiken builds new prosthetics that connect with the human nervous system. Yes: bionics.
Why you should listen
As Dean Kamen said at TED2007, the design of the prosthetic arm hadn't really been updated since the Civil War -- basically "a stick and a hook." But at the Rehabilitation Institute of Chicago, physiatrist Todd Kuiken is building new arms and hands that are wired into the nervous system and can be controlled by the same impulses from the brain that once controlled flesh and blood.
Kuiken's training -- as both a physician and an engineer -- helps him see both sides of this complex problem. A technology called targeted muscle reinnervation uses nerves remaining after an amputation to control an artificial limb, linking brain impulses to a computer in the prosthesis that directs motors to move the limb. An unexpected effect in some patients: not only can they move their new limb, they can feel with it.
He said: "From an engineering standpoint, this is the greatest challenge one can imagine: trying to restore the most incredible machine in the universe."
Todd Kuiken | Speaker | TED.com