La pratica sportiva diventa inclusiva grazie a Hybrid FES-bike, una bicicletta reclinata a tre ruote, sensorizzata e adattata per l’utilizzo da parte di persone con disabilità o patologie che causano danni neurologici o muscolari. Il dispositivo si basa su un sistema di Stimolazione Elettrica Funzionale per la stimolazione sequenziale dei muscoli degli arti inferiori.
Diverse modalità di controllo sono state implementate per rispondere alle esigenze di utilizzo della piattaforma a persone con diverso grado di disabilità. È possibile interagire con il dispositivo tramite pulsanti e un tablet con un’applicazione Android per l’impostazione dei parametri di allenamento e la visualizzazione degli stessi.
Il prototipo Hybrid FES-bike si inserisce nell’ambito del FES-cycling, una tecnologia che riproduce il movimento ciclico della pedalata, utilizzando sistemi come trike mobili e cicloergometri. Il FES-cycling rappresenta un esempio di sport-terapia che offre benefici muscolari, cardiovascolari e vantaggi psicologici. Questa tecnica è in uso dagli anni ’80, dove era già chiaro il suo potenziale ricreativo, e oggi è utilizzata nella pratica clinica e in riabilitazione.
Come funziona
Obiettivi
Strumenti e tecnologie utilizzate
Come funziona
Il principio su cui si basa è la Stimolazione Elettrica Funzionale (FES), che usa impulsi elettrici per contrarre in modo coordinato e funzionale i muscoli indeboliti o paralizzati ed è indicata per persone con difficoltà motorie dovute a ictus, lesioni midollari e altre patologie neurologiche. Negli ultimi anni, il suo valore ludico e sportivo è stato rilanciato da iniziative e competizioni come Cybathlon, dedicate al miglioramento dei dispositivi assistivi.
Obiettivi
Lo sviluppo di Hybrid FES-bike si inserisce nel contesto di ricerche condotte anche da altri centri internazionali, con l’intento di affiancarsi ai modelli esistenti per approfondire lo studio di nuove soluzioni e favorire l’evoluzione di questa pratica. Il dispositivo è stato sviluppato dal Politecnico di Milano ed è cresciuto anche grazie alla collaborazione con altre realtà del territorio lombardo, in particolare con cliniche come il centro di riabilitazione Villa Beretta e l’IRCCS Medea. Il primo prototipo è stato realizzato nel 2019 per partecipare a Cybathlon e, nel tempo, è stato progressivamente migliorato. I progetti di ricerca sviluppati negli anni hanno mantenuto un forte legame con lo sport e con l’importanza di creare occasioni per attività ludiche anche al di fuori dei contesti clinici. Tra gli aspetti che hanno caratterizzato il processo di sviluppo, spicca l’adozione di un approccio di progettazione centrata sull’utente, come promosso dagli organizzatori stessi di Cybathlon, cercando, per quanto possibile, di integrare i riscontri e le esigenze degli utenti finali per sviluppare soluzioni efficaci e accessibili.
Il bacino d’utenza con cui il dispositivo è già stato testato è ampio: persone con lesione midollare, pazienti post-ictus e soggetti over 65. Gli studi preliminari hanno evidenziato un interesse significativo e un impatto positivo sugli utilizzatori, confermando il potenziale di questa tecnologia come strumento di inclusione, sport accessibile e riabilitazione. Lavorare a stretto contatto con gli utenti resterà fondamentale per migliorare il dispositivo e adattarlo alle loro esigenze.
Il prototipo è concepito con un’architettura aperta, progettata per essere facilmente modificabile. Questo permette di sperimentare diverse strategie di controllo e adattare parametri in base agli obiettivi di studio, rendendolo uno strumento di ricerca pensato per evolvere e generare conoscenza. L’impegno futuro del gruppo di ricerca sarà orientato a creare opportunità e collaborazioni per integrare il prototipo in programmi riabilitativi e sportivi sul territorio.
Strumenti e tecnologie utilizzate
La Stimolazione Elettrica Funzionale (FES) è una tecnica che utilizza impulsi elettrici per attivare i muscoli paralizzati o indeboliti. Hybrid FES-bike si basa su un triciclo reclinato commerciale, modificato per consentire a persone con disabilità o mobilità ridotta di praticare FES-cycling in sicurezza. Nel prototipo è stato integrato uno stimolatore elettrico programmabile per il reclutamento coordinato dei principali gruppi muscolari degli arti inferiori, insieme a ortesi che garantiscono stabilità e il corretto posizionamento durante il movimento. Inoltre, è stato aggiunto un motore elettrico, attivabile quando sopraggiunge affaticamento muscolare, per aumentare l’autonomia e migliorare l’utilizzo all’aperto. Il sistema include sensori, come pedali sensorizzati, per monitorare l’esercizio e fornire informazioni all’utente. A completare il dispositivo, un’applicazione Android sviluppata dal team consente di gestire i parametri di allenamento, controllare lo stimolatore e il motore. Il dispositivo è modulare, flessibile e adattabile alle capacità residue dell’utente grazie a modalità di controllo che integrano i diversi contributi possibili: il movimento volontario dell’utente, la FES e l’assistenza del motore. Questa integrazione può variare in base all’utente, al livello di affaticamento e agli obiettivi della sessione. Nello specifico il sistema può privilegiare il contributo volontario quando presente, supportarlo con la stimolazione elettrica per favorire il reclutamento muscolare e intervenire con il motore quando è necessario ridurre lo sforzo, garantendo continuità del movimento.
Credits
Hybrid FES-bike è stato realizzato grazie a dei progetti finanziati da Inail Centro Protesi (progetto FESleg), Fondazione Cariplo e Regione Lombardia (progetto Active3) e il Politecnico di Milano stesso tramite il finanziamento alle competizioni studentesche.
Credits Immagini:
ETH Zurich, CYBATHLON, NIP
ETH Zurich, CYBATHLON, ADB
