So today, I would like to talk with you about bionics, which is the popular term for the science of replacing part of a living organism with a mechatronic device, or a robot. It is essentially the stuff of life meets machine. And specifically, I'd like to talk with you about how bionics is evolving for people with arm amputations.
Oggi vi vorrei parlare della bionica, termine popolare che indica la scienza della sostituzione di parti di organismi viventi con congegni meccatronici, ossia con dei robot. Praticamente è la materia della vita che incontra la macchina. E in particolare vi vorrei parlare di come si stia evolvendo la bionica per chi ha subito l'amputazione del braccio.
This is our motivation. Arm amputation causes a huge disability. I mean, the functional impairment is clear. Our hands are amazing instruments. And when you lose one, far less both, it's a lot harder to do the things we physically need to do. There's also a huge emotional impact. And actually, I spend as much of my time in clinic dealing with the emotional adjustment of patients as with the physical disability. And finally, there's a profound social impact. We talk with our hands. We greet with our hands. And we interact with the physical world with our hands. And when they're missing, it's a barrier. Arm amputation is usually caused by trauma, with things like industrial accidents, motor vehicle collisions or, very poignantly, war. There are also some children who are born without arms, called congenital limb deficiency.
E' questa la nostra motivazione. L'amputazione di un braccio è molto invalidante. Voglio dire, capiamo cosa significhi perdere certe funzioni. Le mani sono degli strumenti straordinari. E se se ne perde una, per non dire due, è molto più difficile riuscire a compiere le normali operazioni quotidiane. E c'è anche da considerare l'enorme impatto emotivo. Infatti passo molto tempo in clinica ad affrontare i problemi emotivi dei miei pazienti, oltre a quelli fisici. E infine c'è anche un profondo impatto sociale. Noi parliamo con le nostre mani. Salutiamo. Interagiamo col mondo fisico servendoci di esse. E se mancano si creano barriere. Di solito una mano viene amputata in seguito a un trauma, magari provocato da incidenti sul lavoro, da incidenti automobilistici oppure da conflitti armati. Ma ci sono anche bambini che nascono senza braccia, si tratta di assenza congenita di arti.
Unfortunately, we don't do great with upper-limb prosthetics. There are two general types. They're called body-powered prostheses, which were invented just after the Civil War, refined in World War I and World War II. Here you see a patent for an arm in 1912. It's not a lot different than the one you see on my patient. They work by harnessing shoulder power. So when you squish your shoulders, they pull on a bicycle cable. And that bicycle cable can open or close a hand or a hook or bend an elbow. And we still use them commonly, because they're very robust and relatively simple devices.
Purtroppo non riusciamo a fare cose fantastiche con le protesi degli arti superiori. Ce ne sono di due tipi. Sono le protesi azionate direttamente dal corpo, ideate al termine della Guerra Civile e migliorate nel corso delle due guerre mondiali. Questo è il brevetto di un braccio artificiale del 1912. Non è molto diverso da quello che indossa questo mio paziente. Funzionano sfruttando l'energia della spalla. Così quando si contraggono le spalle, queste azionano un cavo di bicicletta. E il cavo apre o chiude una mano o una pinza o piega un gomito. Li usiamo ancora oggi perché sono molto robusti e relativamente semplici da gestire.
The state of the art is what we call myoelectric prostheses. These are motorized devices that are controlled by little electrical signals from your muscle. Every time you contract a muscle, it emits a little electricity that you can record with antennae or electrodes and use that to operate the motorized prosthesis. They work pretty well for people who have just lost their hand, because your hand muscles are still there. You squeeze your hand, these muscles contract. You open it, these muscles contract. So it's intuitive, and it works pretty well.
Tra gli sviluppi più recenti abbiamo le protesi mioelettriche. Sono dei congegni motorizzati che vengono controllati da piccoli segnali elettrici provenienti dal muscolo. Ogni volta che si contrae il muscolo, questo emette dell'elettricità che può essere captata con antenne o elettrodi e usata per far funzionare i motori della protesi. Funzionano abbastanza bene per chi ha perso una mano, perché i muscoli che muovono la mano sono ancora presenti. Quando si chiude il pugno i muscoli si contraggono. Lo stesso quando si riapre la mano. Dunque è intuitivo e funziona bene.
Well how about with higher levels of amputation? Now you've lost your arm above the elbow. You're missing not only these muscles, but your hand and your elbow too. What do you do? Well our patients have to use very code-y systems of using just their arm muscles to operate robotic limbs. We have robotic limbs. There are several available on the market, and here you see a few. They contain just a hand that will open and close, a wrist rotator and an elbow. There's no other functions. If they did, how would we tell them what to do?
E per quanto riguarda livelli di amputazione maggiori? Parliamo della perdita di tutto l'arto superiore. Non ci sono più muscoli, né gomito né mano. Che si fa? Beh, i nostri pazienti devono far uso di sistemi un po' macchinosi per usare i muscoli del braccio e azionare l'arto robotico. Parliamo di arti robotici. Ce ne sono di diversi tipi sul mercato, qui ne vedete alcuni. Sono costituiti da una mano apribile, un rotatore di polso e un gomito. Non ci sono altre funzioni. Se ce ne fossero, come potremmo farle eseguire?
We built our own arm at the Rehab Institute of Chicago where we've added some wrist flexion and shoulder joints to get up to six motors, or six degrees of freedom. And we've had the opportunity to work with some very advanced arms that were funded by the U.S. military, using these prototypes, that had up to 10 different degrees of freedom including movable hands. But at the end of the day, how do we tell these robotic arms what to do? How do we control them? Well we need a neural interface, a way to connect to our nervous system or our thought processes so that it's intuitive, it's natural, like for you and I.
Noi abbiamo costruito un nostro braccio al Rehab Institute di Chicago a cui abbiamo aggiunto la flessione del polso e le articolazioni della spalla con sei motori, per avere sei gradi di libertà. Abbiamo avuto l'opportunità di lavorare con degli arti molto avanzati, messi a disposizione dalle forze armate statunitensi, che arrivavano a 10 diversi gradi di libertà compreso il movimento delle mani. Ma in ultima analisi come facciamo a dire a questi arti cosa fare? Come li controlliamo? Beh, abbiamo bisogno di un'interfaccia neurale, qualcosa per collegarli al sistema nervoso o al nostro pensiero così che il movimento sia intuitivo, naturale come accade per noi.
Well the body works by starting a motor command in your brain, going down your spinal cord, out the nerves and to your periphery. And your sensation's the exact opposite. You touch yourself, there's a stimulus that comes up those very same nerves back up to your brain. When you lose your arm, that nervous system still works. Those nerves can put out command signals. And if I tap the nerve ending on a World War II vet, he'll still feel his missing hand. So you might say, let's go to the brain and put something in the brain to record signals, or in the end of the peripheral nerve and record them there. And these are very exciting research areas, but it's really, really hard. You have to put in hundreds of microscopic wires to record from little tiny individual neurons -- ordinary fibers that put out tiny signals that are microvolts. And it's just too hard to use now and for my patients today.
Bene, il movimento del corpo inizia da un comando impartito dal cervello, che scende nel midollo spinale fino ai nervi e al sistema periferico. E la nostra sensazione va in modo opposto. Appena vi toccate parte uno stimolo che fa il viaggio a ritroso fino ad arrivare al cervello. Quando si perde un braccio, quel sistema nervoso funziona ancora. Quei nervi possono comunicare dei segnali di comando. E se tocco la terminazione nervosa di un veterano della II guerra mondiale lui può ancora sentire la mano mancante. Mi potreste dire, potremmo inserire qualcosa nel cervello per registrare i segnali, oppure nella terminazione nervosa e registrarli lì. Queste sono aree di ricerca veramente interessanti, ma è molto, molto difficile. Dovreste poter inserire centinaia di fili microscopici collegati a quei singoli piccoli neuroni -- fibre ordinarie che emettono piccolissimi segnali, i microvolt. Troppo complicato sia per me che per i miei pazienti.
So we developed a different approach. We're using a biological amplifier to amplify these nerve signals -- muscles. Muscles will amplify the nerve signals about a thousand-fold, so that we can record them from on top of the skin, like you saw earlier. So our approach is something we call targeted reinnervation. Imagine, with somebody who's lost their whole arm, we still have four major nerves that go down your arm. And we take the nerve away from your chest muscle and let these nerves grow into it. Now you think, "Close hand," and a little section of your chest contracts. You think, "Bend elbow," a different section contracts. And we can use electrodes or antennae to pick that up and tell the arm to move. That's the idea.
Perciò abbiamo usato un approccio diverso. Usiamo un amplificatore biologico per amplificare i segnali che arrivano dai nervi: i muscoli. I muscoli amplificano i segnali dei nervi di circa 1000 volte, così che li possiamo registrare al livello della pelle, come avete visto prima. Abbiamo chiamato il nostro approccio reinnervazione mirata. Pensate, se abbiamo una persona che ha perso tutto il braccio, abbiamo ancora quattro nervi principali che vanno verso il braccio. Allora spostiamo i nervi dal muscolo del petto e vi infiliamo i quattro nervi. Adesso basta pensare "Chiudi la mano", e una piccola parte del petto si contrae. Pensi "Piega il gomito" e si contrae un'altra zona del petto. E possiamo usare elettrodi o antenne che captano il segnale e dicono al braccio di muoversi. Questa è l'idea.
So this is the first man that we tried it on. His name is Jesse Sullivan. He's just a saint of a man -- 54-year-old lineman who touched the wrong wire and had both of his arms burnt so badly they had to be amputated at the shoulder. Jesse came to us at the RIC to be fit with these state-of-the-art devices, and here you see them. I'm still using that old technology with a bicycle cable on his right side. And he picks which joint he wants to move with those chin switches. On the left side he's got a modern motorized prosthesis with those three joints, and he operates little pads in his shoulder that he touches to make the arm go. And Jesse's a good crane operator, and he did okay by our standards.
Questo è il primo paziente su cui l'abbiamo provato. Si chiama Jesse Sullivan. E' un uomo benedetto -- un operaio di 54 anni addetto ai cavi elettrici che ha toccato il filo sbagliato; la corrente gli ha bruciato le braccia al punto da rendere necessaria l'amputazione dalla spalla. Jesse venne da noi al RIC per essere equipaggiato con questi congegni all'avanguardia, ed eccolo qui. Sto ancora usando la vecchia tecnologia del cavo di bicicletta, sul lato destro. E Jesse seleziona le articolazioni che vuole muovere agendo sugli interruttori. A sinistra indossa una moderna protesi motorizzata, con quelle tre articolazioni, e lui agisce su delle piccole placche sulla spalla che fanno muovere il braccio. Jesse è un bravo gruista, e per i nostri standard andava molto bene.
He also required a revision surgery on his chest. And that gave us the opportunity to do targeted reinnervation. So my colleague, Dr. Greg Dumanian, did the surgery. First, we cut away the nerve to his own muscle, then we took the arm nerves and just kind of had them shift down onto his chest and closed him up. And after about three months, the nerves grew in a little bit and we could get a twitch. And after six months, the nerves grew in well, and you could see strong contractions. And this is what it looks like. This is what happens when Jesse thinks open and close his hand, or bend or straighten your elbow. You can see the movements on his chest, and those little hash marks are where we put our antennae, or electrodes. And I challenge anybody in the room to make their chest go like this. His brain is thinking about his arm. He has not learned how to do this with the chest. There is not a learning process. That's why it's intuitive.
Ha avuto bisogno di un intervento di aggiustamento al petto. Questo ci ha dato l'opportunità di praticare la reinnervazione mirata. Il mio collega, il Dott. Greg Dumanian, ha eseguito l'intervento. Per prima cosa abbiamo asportato il nervo del muscolo, poi abbiamo preso i nervi del braccio e li abbiamo riposizionati nel petto, e poi abbiamo richiuso. Dopo circa tre mesi i nervi erano già cresciuti e c'erano deboli contrazioni. E dopo sei mesi i nervi erano cresciuti bene e le contrazioni erano belle forti. Ecco quello che succede. Ecco cosa avviene quando Jesse pensa di aprire e chiudere la mano, o di flettere il gomito. Potete vedere il movimento del muscolo pettorale, e tutti quei piccoli segni indicano dove abbiamo inserito antenne o elettrodi. Sfido chiunque tra voi a muovere il petto in questo modo. Il suo cervello pensa al braccio. Non ha imparato a farlo usando il petto. Non esiste un processo di apprendimento. Ecco perché è intuitivo.
So here's Jesse in our first little test with him. On the left-hand side, you see his original prosthesis, and he's using those switches to move little blocks from one box to the other. He's had that arm for about 20 months, so he's pretty good with it. On the right side, two months after we fit him with his targeted reinnervation prosthesis -- which, by the way, is the same physical arm, just programmed a little different -- you can see that he's much faster and much smoother as he moves these little blocks. And we're only able to use three of the signals at this time.
Qui vediamo Jesse durante il primo esperimento. A sinistra vedete la protesi originale, dove usa quegli interruttori per spostare i mattoncini da un contenitore all'altro. Ha fatto pratica col braccio per una ventina di mesi, ed è molto bravo. A destra, due mesi dopo aver praticato le reinnervazioni - a proposito, è lo stesso braccio meccanico, ma programmato in modo differente -- potete vedere quanto sia più veloce e più fluido quando sposta i mattoncini. A questo stadio siamo in grado di usare solo tre segnali.
Then we had one of those little surprises in science. So we're all motivated to get motor commands to drive robotic arms. And after a few months, you touch Jesse on his chest, and he felt his missing hand. His hand sensation grew into his chest again probably because we had also taken away a lot of fat, so the skin was right down to the muscle and deinnervated, if you would, his skin. So you touch Jesse here, he feels his thumb; you touch it here, he feels his pinky. He feels light touch down to one gram of force. He feels hot, cold, sharp, dull, all in his missing hand, or both his hand and his chest, but he can attend to either. So this is really exciting for us, because now we have a portal, a portal, or a way to potentially give back sensation, so that he might feel what he touches with his prosthetic hand. Imagine sensors in the hand coming up and pressing on this new hand skin. So it was very exciting.
E poi c'è stata una piccola sorpresa. Eravamo tutti concentrati sui comandi motore per il movimento del braccio. E dopo alcuni mesi, toccando i muscoli del petto, Jesse ha di nuovo la sensazione della mano. Forse la sensazione è aumentata per via del fatto che avevamo asportato molta materia grassa, cosicché non c'erano barriere tra pelle e muscoli, e praticamente abbiamo disinnervato la pelle. E così se Jesse viene toccato in questo punto, riesce a sentire il pollice, e qui il mignolo. Riesce a percepire pressioni di un grammo. Percepisce il caldo, il freddo, le superfici lisce e ruvide, e tutto con la mano mancante, o meglio, con mano e petto, ma può farlo con l'una o l'altro. Questa è una cosa fantastica, perché ora disponiamo di un portale, di un modo per restituire le sensazioni perdute, così che possa nuovamente percepire ciò che tocca con la sua mano protesica. Immaginate i sensori della mano che trasmettono fedelmente tutte queste sensazioni. Davvero fantastico.
We've also gone on with what was initially our primary population of people with above-the-elbow amputations. And here we deinnervate, or cut the nerve away, just from little segments of muscle and leave others alone that give us our up-down signals and two others that will give us a hand open and close signal. This was one of our first patients, Chris. You see him with his original device on the left there after eight months of use, and on the right, it is two months. He's about four or five times as fast with this simple little performance metric.
Abbiamo anche fatto progressi con quello che era inizialmente il campione primario di persone con amputazioni al di sopra del gomito. Qui disinnerviamo, ossia asportiamo i nervi da piccoli segmenti di muscolo, senza alterare gli altri, per poter convogliare i segnali, e ne usiamo due per il segnale di mano chiusa o aperta. Ecco uno dei nostri primi pazienti, Chris. Qui a sinistra lo vediamo con la sua protesi originale dopo otto mesi di pratica, e qui a destra dopo solo due mesi (di pratica con la nuova). E' circa 4-5 volte più rapido con questo semplice rilevatore metrico.
All right. So one of the best parts of my job is working with really great patients who are also our research collaborators. And we're fortunate today to have Amanda Kitts come and join us. Please welcome Amanda Kitts.
Bene. Dunque uno degli aspetti migliori del mio lavoro è poter lavorare con pazienti fantastici che sono anche collaboratori di ricerca. E oggi abbiamo la fortuna di avere tra noi Amanda Kitts. Diamo il benvenuto ad Amanda.
(Applause)
(Applausi)
So Amanda, would you please tell us how you lost your arm?
Bene, Amanda, vuoi raccontarci come hai perduto il braccio?
Amanda Kitts: Sure. In 2006, I had a car accident. And I was driving home from work, and a truck was coming the opposite direction, came over into my lane, ran over the top of my car and his axle tore my arm off.
Amanda Kitts: Certo. Nel 2006 ho avuto un incidente automobilistico. Stavo tornando a casa dal lavoro, quando un camion che procedeva in senso contrario ha invaso la mia corsia finendo sulla mia macchina, e strappandomi il braccio con l'asse delle ruote.
Todd Kuiken: Okay, so after your amputation, you healed up. And you've got one of these conventional arms. Can you tell us how it worked?
Todd Kuiken: Ok, e poi, dopo l'amputazione, pian piano ti sei ripresa. E hai indossato una di queste protesi convenzionali. Puoi dirci come funzionava?
AK: Well, it was a little difficult, because all I had to work with was a bicep and a tricep. So for the simple little things like picking something up, I would have to bend my elbow, and then I would have to cocontract to get it to change modes. When I did that, I had to use my bicep to get the hand to close, use my tricep to get it to open, cocontract again to get the elbow to work again.
AK: Beh, era un po' complicato, perché dovevo far funzionare un bicipite e un tricipite. Per le cose semplici, come raccogliere un oggetto, dovevo piegare il gomito, per poi doverlo co-contrarre per modificarne la funzionalità. Quando lo facevo dovevo usare il bicipite per far chiudere la mano, il tricipite per riaprirla, e poi co-contrarli di nuovo per poter usare nuovamente il gomito.
TK: So it was a little slow?
TK: Era un processo un po' lento?
AK: A little slow, and it was just hard to work. You had to concentrate a whole lot.
AK: Lento e difficile da eseguire. C'era bisogno di molta concentrazione.
TK: Okay, so I think about nine months later that you had the targeted reinnervation surgery, took six more months to have all the reinnervation. Then we fit her with a prosthesis. And how did that work for you?
TK: Ok. Dopo circa nove mesi dall'intervento di reinnervazione ci sono voluti altri 6 mesi per la reinnervazione completa. E poi abbiamo applicato la protesi. E com'è andata?
AK: It works good. I was able to use my elbow and my hand simultaneously. I could work them just by my thoughts. So I didn't have to do any of the cocontracting and all that.
AK: Funziona bene. Potevo usare gomito e mano nello stesso tempo. E li facevo muovere solo pensando al movimento. Non c'era più bisogno di effettuare co-contrazioni.
TK: A little faster?
TK: Un po' più veloce?
AK: A little faster. And much more easy, much more natural.
AK: Più veloce e molto, molto più naturale.
TK: Okay, this was my goal. For 20 years, my goal was to let somebody [be] able to use their elbow and hand in an intuitive way and at the same time. And we now have over 50 patients around the world who have had this surgery, including over a dozen of our wounded warriors in the U.S. armed services. The success rate of the nerve transfers is very high. It's like 96 percent. Because we're putting a big fat nerve onto a little piece of muscle. And it provides intuitive control. Our functional testing, those little tests, all show that they're a lot quicker and a lot easier. And the most important thing is our patients have appreciated it.
TK: Bene, questo era il mio obiettivo. Per 20 anni il mio scopo era stato trovare il sistema per usare gomito e mano in modo intuitivo e contemporaneamente. E adesso abbiamo più di 50 pazienti in tutto il mondo su cui siamo intervenuti, tra cui una dozzina di reduci delle forze armate statunitensi. Il tasso di successo di questo intervento è altissimo. Siamo al 96 %. Perché posizioniamo un nervo bello grosso su una piccola porzione di muscolo. E questo consente un controllo intuitivo. I nostri esami funzionali, quei piccoli test che avete visto, testimoniano tutti maggiore velocità e facilità d'uso. E la cosa più importante è che i nostri pazienti lo hanno apprezzato.
So that was all very exciting. But we want to do better. There's a lot of information in those nerve signals, and we wanted to get more. You can move each finger. You can move your thumb, your wrist. Can we get more out of it? So we did some experiments where we saturated our poor patients with zillions of electrodes and then had them try to do two dozen different tasks -- from wiggling a finger to moving a whole arm to reaching for something -- and recorded this data. And then we used some algorithms that are a lot like speech recognition algorithms, called pattern recognition. See.
Dunque va tutto bene. Ma vogliamo fare ancora meglio. Attraverso i nervi passa una gran quantità di informazioni, e noi volevamo catturarne di più. Si possono muovere le singole dita, il pollice, il polso. Possiamo fare di più? Abbiamo eseguito degli esperimenti in cui abbiamo sommerso di elettrodi i nostri poveri pazienti e poi abbiamo assegnato loro tanti compiti diversi -- dalla contorsione di un dito all'estensione di tutto il braccio per raggiungere un oggetto -- e abbiamo registrati tutti i dati. Abbiamo poi applicato degli algoritmi simili a quelli del riconoscimento vocale, detti di riconoscimento di schema (pattern recognition). Guardate.
(Laughter)
(Risate)
And here you can see, on Jesse's chest, when he just tried to do three different things, you can see three different patterns. But I can't put in an electrode and say, "Go there." So we collaborated with our colleagues in University of New Brunswick, came up with this algorithm control, which Amanda can now demonstrate.
E qui potete osservare, sul petto di Jesse, mentre cerca di fare tre cose diverse, tre formazioni diverse. Ma non è possibile inserire un elettrodo e dire, "Va' lì". Abbiamo chiesto la collaborazione di alcuni colleghi dell'Università del New Brunswick, che hanno sviluppato quest'algoritmo che ora vi mostrerà Amanda.
AK: So I have the elbow that goes up and down. I have the wrist rotation that goes -- and it can go all the way around. And I have the wrist flexion and extension. And I also have the hand closed and open.
AK: Il mio gomito si sposta in su e in giù. Posso ruotare il polso di 360 gradi. E poi posso fletterlo ed estenderlo. E posso aprire e chiudere la mano.
TK: Thank you, Amanda. Now this is a research arm, but it's made out of commercial components from here down and a few that I've borrowed from around the world. It's about seven pounds, which is probably about what my arm would weigh if I lost it right here. Obviously, that's heavy for Amanda. And in fact, it feels even heavier, because it's not glued on the same. She's carrying all the weight through harnesses.
TK: Grazie, Amanda. Ora questo braccio è sperimentale, ma è fatto di componenti commerciali da qui in giù e alcuni li ho presi in prestito da altre parti del mondo. Pesa poco più di 3 kg, circa il peso del mio braccio se lo avessi perso in questo punto. Ovviamente è pesante per Amanda. E di fatto sembra anche più pesante dato che non è impiantato. Amanda ne sostiene tutto il peso con un'imbragatura.
So the exciting part isn't so much the mechatronics, but the control. So we've developed a small microcomputer that is blinking somewhere behind her back and is operating this all by the way she trains it to use her individual muscle signals. So Amanda, when you first started using this arm, how long did it take to use it?
Ma la parte più emozionante non è la meccatronica, bensì il controllo. Abbiamo sviluppato un microcomputer che le abbiamo sistemato dietro la schiena, attraverso il quale Amanda riesce ad elaborare ciascun segnale muscolare. Dunque Amanda, quando hai cominciato ad usare questo braccio quanto ci hai messo per prendervi confidenza?
AK: It took just about probably three to four hours to get it to train. I had to hook it up to a computer, so I couldn't just train it anywhere. So if it stopped working, I just had to take it off. So now it's able to train with just this little piece on the back. I can wear it around. If it stops working for some reason, I can retrain it. Takes about a minute.
AK: Probabilmente dalle tre alle quattro ore per impostare l'addestramento. Dovevo collegarlo a un computer, per cui non potevo addestrarlo in ogni luogo. E appena terminata l'esercitazione dovevo toglierlo. Ora invece posso esercitarmi ovunque grazie a questo microcomputer che indosso. Posso andarci in giro. In caso di malfunzionamento posso resettarlo. Ci vuole solo un minuto.
TK: So we're really excited, because now we're getting to a clinically practical device. And that's where our goal is -- to have something clinically pragmatic to wear. We've also had Amanda able to use some of our more advanced arms that I showed you earlier. Here's Amanda using an arm made by DEKA Research Corporation. And I believe Dean Kamen presented it at TED a few years ago. So Amanda, you can see, has really good control. It's all the pattern recognition. And it now has a hand that can do different grasps. What we do is have the patient go all the way open and think, "What hand grasp pattern do I want?" It goes into that mode, and then you can do up to five or six different hand grasps with this hand. Amanda, how many were you able to do with the DEKA arm?
TK: Siamo tutti entusiasti perché adesso disponiamo di un congegno adatto alla pratica clinica. Ecco il nostro obiettivo -- poter indossare qualcosa di clinicamente pragmatico. Amanda ha provato ad usare anche qualcuna delle nostre protesi più avanzate, che vi ho già mostrato. Ecco Amanda con un braccio realizzato dalla DEKA Research Corporation. Credo che Dean Kamen lo abbia presentato a TED qualche anno fa. Dunque potete vedere come Amanda abbia un ottimo controllo. Tutto basato sul riconoscimento di schemi. Con la mano può esercitare diversi tipi di presa. Praticamente il paziente pensa: "Che tipo di presa voglio usare?". Così avviene la selezione, e si possono scegliere fino a sei diversi tipi di presa. Amanda, quanti riuscivi a farne col braccio della DEKA?
AK: I was able to get four. I had the key grip, I had a chuck grip, I had a power grasp and I had a fine pinch. But my favorite one was just when the hand was open, because I work with kids, and so all the time you're clapping and singing, so I was able to do that again, which was really good.
AK: Quattro. Per usare le chiavi, per trattenere oggetti, per esercitare una certa forza, e per i movimenti di precisione. Ma il mio favorito era quando la mano era aperta, perché lavoro con i bambini, e spesso si battono le mani e si canta; in questo modo riuscivo a farlo di nuovo, ed è bellissimo.
TK: That hand's not so good for clapping.
TK: Ma quella mano non è molto adatta per applaudire.
AK: Can't clap with this one.
AK: Con questa non ci riesco.
TK: All right. So that's exciting on where we may go with the better mechatronics, if we make them good enough to put out on the market and use in a field trial. I want you to watch closely.
TK: Bene. E' affascinante pensare dove potremo arrivare con una migliore meccatronica, realizzando costruzioni con un'efficienza tale da poter essere commercializzate e provate sul campo. Guardate attentamente.
(Video) Claudia: Oooooh!
(Video) Claudia: Oooooh!
TK: That's Claudia, and that was the first time she got to feel sensation through her prosthetic. She had a little sensor at the end of her prosthesis that then she rubbed over different surfaces, and she could feel different textures of sandpaper, different grits, ribbon cable, as it pushed on her reinnervated hand skin. She said that when she just ran it across the table, it felt like her finger was rocking. So that's an exciting laboratory experiment on how to give back, potentially, some skin sensation.
TK: Questa è Claudia, e qui è la prima volta che riesce a provare delle sensazioni attraverso la protesi. Aveva un piccolo sensore all'estremità della protesi, e facendole sfiorare diverse superfici riusciva a percepirne le diversità, ad esempio carta vetrata, granulati, cavi elettrici piatti, le cui caratteristiche venivano trasmesse attraverso la mano. Ci diceva che quando passava la mano sulla tavola aveva la sensazione che il dito si muovesse. Proprio un esperimento appassionante, che consente di restituire, potenzialmente, alcune sensazioni della pelle.
But here's another video that shows some of our challenges. This is Jesse, and he's squeezing a foam toy. And the harder he squeezes -- you see a little black thing in the middle that's pushing on his skin proportional to how hard he squeezes. But look at all the electrodes around it. I've got a real estate problem. You're supposed to put a bunch of these things on there, but our little motor's making all kinds of noise right next to my electrodes. So we're really challenged on what we're doing there.
Ma ecco un altro video che vi mostra alcune delle nostre sfide. Qui c'è Jesse che stringe un giocattolo di gomma. E a una pressione maggiore -- vedete questa cosetta nera al centro che spinge sulla pelle in modo proporzionale alla pressione esercitata. Ma guardate tutti questi elettrodi. Ho un problema di spazio. Dovremmo poter posizionare in quel punto molti di questi aggeggi, ma il nostro piccolo motore genera tanti rumorini proprio vicino agli elettrodi. Dunque per noi è una grande sfida.
The future is bright. We're excited about where we are and a lot of things we want to do. So for example, one is to get rid of my real estate problem and get better signals. We want to develop these little tiny capsules about the size of a piece of risotto that we can put into the muscles and telemeter out the EMG signals, so that it's not worrying about electrode contact. And we can have the real estate open to try more sensation feedback. We want to build a better arm. This arm -- they're always made for the 50th percentile male -- which means they're too big for five-eighths of the world. So rather than a super strong or super fast arm, we're making an arm that is -- we're starting with, the 25th percentile female -- that will have a hand that wraps around, opens all the way, two degrees of freedom in the wrist and an elbow. So it'll be the smallest and lightest and the smartest arm ever made. Once we can do it that small, it's a lot easier making them bigger.
Ma il futuro è splendente. Siamo entusiasti per i risultati e per ciò che resta da fare. Per esempio, dobbiamo risolvere il mio problema di spazio ed ottenere segnali migliori. Vogliamo sviluppare queste piccole capsule grandi come un chicco di riso, per poterle inserire nei muscoli ed ottenere la trasmissione dei segnali bio-elettrici (EMG), evitando così il contatto con gli elettrodi. E possiamo estendere la ricerca per includere altri tipi di sensori. Vogliamo costruire un braccio migliore. Questo braccio -- sono realizzati sempre per il 50° percentile maschile -- ossia sono troppo grandi per i 5/8 della popolazione mondiale. Ma invece di sviluppare un braccio super forte e super veloce facciamo un braccio che è -- stiamo cominciando col 25° percentile femminile -- che avrà una mano adatta ad ogni presa, che si apre completamente, con due gradi di libertà al polso e al gomito. Sarà dunque il braccio più piccolo e leggero e intelligente mai costruito finora. Se riusciamo a farne di piccoli, sarà molto più facile farne di più grandi.
So those are just some of our goals. And we really appreciate you all being here today. I'd like to tell you a little bit about the dark side, with yesterday's theme. So Amanda came jet-lagged, she's using the arm, and everything goes wrong. There was a computer spook, a broken wire, a converter that sparked. We took out a whole circuit in the hotel and just about put on the fire alarm. And none of those problems could I have dealt with, but I have a really bright research team. And thankfully Dr. Annie Simon was with us and worked really hard yesterday to fix it. That's science. And fortunately, it worked today.
E questi sono solo alcuni dei nostri obiettivi. Siamo molto grati della vostra presenza qui oggi. Ma vorrei parlarvi anche del 'lato oscuro', di quello che è successo ieri. Amanda risentiva ancora del jet-lag doveva usare il braccio, e andava tutto storto. Problemi di computer, un filo rotto, un convertitore fuori uso. Abbiamo smontato tutto il circuito in hotel e abbiamo quasi fatto scattare l'allarme antincendio. E io non sarei riuscito a risolvere alcun problema se non avessi avuto con me i miei brillanti collaboratori. Grazie al cielo la Dott.ssa Annie Simon era con noi e ieri ha lavorato sodo per risolvere i problemi. Questa è la scienza. E fortunatamente oggi è andato tutto bene.
So thank you very much.
Vi ringrazio molto.
(Applause)
(Applausi)