Robot indossabili che mettono in connesione fisica le persone per migliorare le prestazioni motorie congiunte. Sulla rivista Science Robotics i risultati del progetto europero[...]

Robot indossabili che mettono in connesione fisica le persone per migliorare le prestazioni motorie congiunte. Sulla rivista Science Robotics i risultati del progetto europero CONBOTS

Cresce la robotica nell'interazione fisica con l'uomo: due esoscheletri hanno collegato due violinisti replicando il contatto fisico diretto tra i due individui.I feedback aptici hanno migliorato la coordinazione motoria tra i musicisti rispetto al solo utilizzo delle informazioni visive e uditive.
Studio coordinato da Università Campus Bio-Medico di Roma con Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, IUVO, CNR, Università di Newcastle (UK) e Università di Gand (Belgio)

Se due musicisti che suonano insieme potessero fare più che solo vedersi e sentirsi? E se potessero anche percepire fisicamente i movimenti l'uno dell'altro?

Quando due persone svolgono un compito collaborativo, come in un duetto di violini, si affidano principalmente a vista e udito per coordinarsi, e non possono fare affidamento sul contatto fisico. Eppure, il contatto fisico è fondamentale nelle interazioni sociali tra individui: basti pensare ad un maestro di violino che, nell'insegnare un gesto ad un allievo, non si limita a mostrarlo eseguendolo, ma afferra il braccio dell'allievo e lo guida nel movimento corretto. Attraverso il contatto fisico, il corpo può recepire e trasmettere informazioni legate al movimento e, come dimostra un nuovo studio internazionale pubblicato sulla prestigiosa rivista Science Robotics, riesce a farlo in maniera ancora più efficace di quanto si pensasse.

Lo studio, coordinato dall'Università Campus Bio-Medico di Roma, fa luce su questo aspetto dimostrando che il feedback aptico - il senso del tatto e delle forze fisiche - può migliorare la coordinazione in gesti motori precisi, come suonare il violino in un duetto, in modo ancora più efficace di vista e udito, su cui tradizionalmente i musicisti fanno affidamento nell'esecuzione del gesto motorio. Lo studio, al quale hanno partecipato anche la Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, la sua azienda spin-off IUVO srl, il CNR, l'Università di Newcastle (UK) e l'Università di Gand (Belgio), è il risultato del progetto europeo CONBOTS ("CONnected through roBOTS"), coordinato dal Professor Domenico Formica e finanziato dall'Unione Europea con quasi 5 milioni di euro nell'ambito del programma Horizon 2020.

Per replicare il contatto fisico tra i due violinisti in uno scenario in cui questo è tipicamente assente, i ricercatori del team CONBOTS hanno sviluppato una coppia di esoscheletri indossabili per gli arti superiori in grado di percepire i movimenti dei due violinisti e, quando questi non coincidono, di fornire delle forze proporzionali alla differenza tra i movimenti. In questo modo, gli esoscheletri consentono di collegare virtualmente i due musicisti, permettendo loro di percepire fisicamente il movimento del partner, simulando un contatto fisico diretto.

Il team ha testato il sistema con venti coppie di violinisti, dieci coppie amatoriali e dieci coppie di professionisti, che hanno eseguito un brano musicale in quattro condizioni sensoriali: solo udito; udito e vista; udito e aptica; udito, vista e aptica. I musicisti non avevano familiarità con gli esoscheletri e non era stato detto loro di essere fisicamente connessi. Ciononostante, in presenza di feedback aptico, la coordinazione è migliorata significativamente, con i musicisti che hanno allineato i movimenti delle braccia con maggiore precisione, sincronizzato meglio le posizioni degli archetti e raggiunto una migliore coordinazione musicale.

Sorprendentemente, il feedback di forza fornito dagli esoscheletri ha migliorato la coordinazione più del feedback visivo, sebbene i violinisti siano normalmente addestrati ad affidarsi alla vista durante le esibizioni in duetto. I miglioramenti più significativi si sono verificati quando tutti e tre i sensi sono stati combinati, evidenziando il ruolo dell'integrazione multisensoriale nei compiti sensomotori fini.

I risultati del progetto CONBOTS suggeriscono che il feedback aptico può rappresentare un canale di comunicazione efficace nei compiti collaborativi tra individui grazie alla sua natura implicita. A differenza dei segnali visivi, che richiedono un'attenzione cosciente, il feedback aptico è corporale e immediato, e consente ai partner di adattarsi ai movimenti dell'altro in modo quasi riflessivo. Oltre alla musica, questo approccio potrebbe avere un impatto più ampio su numerose attività collaborative, in cui ad esempio è compreso l'apprendimento motorio.

Le dichiarazioni

"Stiamo entrando in un'era in cui i robot possono mediare la comunicazione fisica tra esseri umani in modi completamente nuovi - aggiunge il Professor Domenico Formica dell'Unità di Ricerca di Neurofisiologia e Neuroingegneria dell'Interazione Uomo-Tecnologia (NeXTlab) dell'Università Campus Bio-Medico di Roma e coordinatore dello studio. "Questo studio è un primo passo verso sistemi che connettono fisicamente le persone, rafforzandone il coordinamento, l'apprendimento e la riabilitazione".

"L'aptica, ovvero la percezione tattile e cinestesica, fornisce informazioni in un modo fondamentalmente diverso dalla vista", spiega Francesco Di Tommaso, ricercatore post-dottorato presso l'Unità di Ricerca di Robotica Avanzata e Tecnologie Centrate sulla Persona (CREO Lab) dell'Università Campus Bio-Medico di Roma e autore corrispondente dello studio - È fisica, diretta e immediata. I nostri risultati suggeriscono che il sistema motorio umano può integrare queste informazioni in modo molto efficiente, anche in artisti altamente qualificati".

"Questi robot indossabili - afferma il Professor Nicola Vitiello, Rettore e responsabile del gruppo di ricerca della Scuola Superiore Sant'Anna che ha progettato gli esoscheletri per questo esperimento -potrebbero supportare l'allenamento collaborativo, l'apprendimento motorio e persino la riabilitazione, dove terapisti e pazienti potrebbero essere fisicamente connessi".

"È una svolta nella nostra comprensione della natura corporea dell'interazione umana con la musica", conclude il Professor Emerito Marc Leman, già direttore dell' IPEM-Musicology and the Art and Science Interaction Laboratory (ASIL) presso l'Università di Gand, dove si sono svolti i test. "Percepire i movimenti reciproci durante l'esecuzione musicale potenzia la sincronizzazione di compiti temporali condivisi in modo più potente del previsto, aprendo la strada ad applicazioni che vanno oltre la musica, in ambiti che possono implicare il coordinamento delle azioni a distanza."

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