Sensoristica ed acquisizione di segnali per la riabilitazione del tatto

Conventional arm and hand prostheses can be either osteointegrated or external and are generally moved by native muscles without somatosensory feedback. The advanced prostheses use motors activated by the patient’s muscle signals, following a specific training. Both types of devices do not provide any kind of sensory feedback other than incidental and indirect visual and auditory signals that the patient perceives from the movement of electric motors and therefore of the prosthesis. Loss of tactile sensation is a common occurrence in patients with traumatic peripheral nerve injury, but so far solutions to restore that sensation are limited. Implanted neuroprostheses are a promising direction for tactile sensory restoration but some technologies have substantial deficiencies, including complexity of use and production. The first part of the paper analyzes the nervous system and which parts of it contribute to the perception of touch, how the nerve impulse propagates, how and where the data are processed in our brain. Then we analyze principles and types of sensors for the rehabilitation of touch or somatosensory in general. Tested and even more used types are then presented, discussing the main logistical problems such as the difficulty of production and customization, the reduced range of sensitivity and applications and the need for an external power supply. Sensors with variable resistances and strain gauges will cover the first part and then give space to the most advanced sensor that uses a completely new principle in the biomedical field and especially in the prosthetic field: the triboelectric nanogenerator. For each type of sensor a possible application is also illustrated with the aim of having a complete look at the tactile sensors.

Le protesi convenzionali del braccio e della mano possono essere osteointegrate o esterne e vengono generalmente movimentate dai muscoli nativi senza feedback somatosensoriale. Le protesi avanzate utilizzano, invece, motori attivati dai segnali muscolari del paziente, a seguito di uno specifico training. Entrambe le tipologie di dispositivi non forniscono alcun tipo di feedback sensoriale, se non segnali visivi e uditivi incidentali e indiretti che il paziente percepisce dal movimento dei motori elettrici e quindi della protesi. La perdita di sensazione tattile è un evento comune nei pazienti con lesioni traumatiche dei nervi periferici, ma finora le soluzioni per ripristinare tale sensazione sono limitate. Le neuro-protesi impiantate sono una direzione promettente per il restauro sensoriale tattile, ma alcune tecnologie presentano carenze sostanziali, tra cui complessità di utilizzo e produzione. La prima parte dell’elaborato analizza il sistema nervoso e quali delle sue parti contribuiscono alla percezione del tatto, come si propaga l'impulso nervoso, come e dove vengono elaborati i dati nel nostro cervello. Successivamente si analizzano principi e tipologie di sensori per la riabilitazione del tatto o somatosensoriale in generale. Vengono quindi presentate delle tipologie testate e ancora maggiormente utilizzate, discutendone i principali problemi logistici come: la difficoltà di produzione e di personalizzazione, la ridotta gamma di sensibilità e di applicazioni e la necessità di un alimentatore esterno. Sensori a resistenze variabili e ad estensimetri copriranno la prima parte per poi dare spazio alla tipologia di sensore più all’avanguardia, il quale, utilizza un principio del tutto nuovo in ambito biomedicale e in particolar modo nell’ambito protesico: il nanogeneratore triboelettrico. Per ogni tipologia di sensore si illustra anche un’applicazione possibile con l’obiettivo di avere uno sguardo completo della sensoristica tattile.