LA SUA SFIDA: applicare i principi della meccanica muscolare, del controllo neurale e della biomeccanica umana per progettare arti bionici e robot biomimetici.
Ingegnere e biofisico, Hugh Herr è unanimemente riconosciuto come il pioniere degli arti bionici. Il suo lavoro rivoluzionario nella biomeccatronica, settore emergente della scienza che coniuga fisiologia umana ed elettromeccanica, offre un contributo decisivo alla creazione di arti sintetici che emulano la funzione di quelli naturali.
Da arrampicatore prodigio sulle rocce all’amputazione delle gambe
Ultimo di cinque fratelli, Hugh Herr è nato a Lancaster in Pennsylvania in una famiglia di anabattisti. Arrampicatore prodigio, a soli otto anni era già riuscito a raggiungere la vetta del Mount Temple, nelle montagne rocciose del Canada.
Il suo talento sportivo lo aveva predestinato a una carriera di sicuro successo ma, nel 1982, il giovane resta vittima di un incidente che gli segna la vita per sempre. Nel corso della scalata al monte Washington, nel New Hampshire, insieme al suo amico Jeff Batzer, resta bloccato sotto una coltre di neve e ghiaccio.
Intrappolati per tre notti a quasi 30° C sotto lo zero, i due scalatori riescono a salvarsi ma escono dalla vicenda irrimediabilmente compromessi. Batzer perde la gamba sinistra, oltre ad alcune dita della mano destra e sinistra. Mentre a Herr sono amputate entrambe le gambe all’altezza del ginocchio.
Costretto a rinunciare alla carriera sportiva, cerca il “riscatto” negli studi
Da quel momento, Herr si dedica anima e corpo a studiare. Si laurea in fisica all’università di Millersville, poi si trasferisce al prestigioso MIT dove consegue un master in ingegneria meccanica. Quindi, conclude un dottorato in biofisica ad Harvard.
Tornato al MIT, nel corso del post-dottorato si focalizza sui dispositivi biomedici per ampliare le possibilità delle tradizionali protesi e ortesi. Il suo obiettivo è anche tornare ad arrampicarsi.
Lo sviluppo di interfacce neurali per le comunicazioni corpo umano-macchina
Herr vuole sperimentare qualsiasi strumento che possa emulare le funzioni degli arti naturali e delle gambe umane per realizzare soluzioni più avanzate. L’idea è sviluppare interfacce neurali e meccaniche per far comunicare uomo-macchina. Il suo approccio combina varie discipline scientifiche e tecnologiche: per progettare i dispositivi usa il design muscolo-scheletrico del corpo umano, meccanismi che si comportano come muscoli e metodi di controllo che si ispirano al movimento biologico di una persona.
L’invenzione del primo esoscheletro autonomo
Fra le sue invenzioni “chiave”, c’è il primo esoscheletro attivo della gamba: capace di aumentare i passi alla velocità preferita e ridurre lo stress muscolo-scheletrico durante la deambulazione, ha rappresentato un grande progresso rispetto al passato.
Rivoluzionaria anche l’interfaccia neurale – per la quale Herr ha studiato anche una nuova tecnica chirurgica di amputazione – che consente a chi ha perso un arto di controllare quello “sintetico” con il proprio pensiero, sperimentando naturali sensazioni propriocettive – ovvero tali da percepire e riconoscere la posizione del corpo e la contrazione dei muscoli – pur con l’arto sintetico.
Numerose le novità brevettate: il primo ginocchio artificiale controllato da computer, la prima ortesi caviglia-piede e la prima “superprotesi” caviglia-piede motorizzata al mondo, che ha permesso agli amputati di avere un’andatura a velocità e metabolismo normali come se le loro gambe fossero di nuovo biologiche.
Alla guida del laboratorio del MIT
Nel 2000, allo scienziato è stata affidata la guida del MIT Leg Lab, il laboratorio destinato ai problemi motori e alla costruzione di robot con gambe dinamiche presso il MIT Artificial Intelligence Lab (il dipartimento, in seguito, è diventato il Biomechatronics Group all’interno del MIT Media Lab).
Durante questi anni, il biofisico ha lavorato anche a nuove piattaforme bioniche e ad accelerare la diffusione di prodotti bionici dal settore privato. Inoltre, ha cercato nuovi materiali e processi di produzione, durevoli ma a basso costo, per garantire l’accesso alla tecnologia bionica a tutti, a partire dai meno abbienti.
Hugh Herr: una speranza per migliaia di malati, incidentati e militari
I risultati di Herr regalano una speranza per migliorare la mobilità e la qualità della vita a chi ha perso l’uso degli arti. Basti pensare che, secondo stime recenti, più di un miliardo di persone nel mondo convive con una forma di disabilità fisica. Solo negli Stati Uniti, ogni anno si contano più di 36 mila amputati a seguito di patologie, incidenti stradali o domestici ma anche fra i tanti soldati impegnati nei conflitti. Proprio per sostenere queste vittime al rientro in patria, il Dipartimento per i veterani ha finanziato un progetto da più di 7 milioni di dollari per la ricerca di Herr sugli “arti bioibridi”. Composti da ossa allungate, impianti ossei in titanio, tessuto cutaneo rigenerato, sensori neurali impiantabili e arti robotici esterni sono la frontiera più all’avanguardia di questa branca.
Il futuro della biomimetica
Nel 2022, sempre al MIT, Herr è stato nominato co-direttore del K. Lisa Yang Center for Bionics ed è entrato come ricercatore al McGovern Institute.
Insieme al suo team, cerca di estendere i nuovi arti bionici alle amputazioni di vari livelli e a creare un sistema per aiutare i sopravvissuti all’ictus – o chi è affetto da malattie articolari muscolo-scheletriche legate all’età – a recuperare la forza muscolare.
Per ripristinare la funzione motoria nelle persone con arti paralizzati a causa di lesioni del midollo spinale, Herr mira a un “ponte nervoso” fra cervello e midollo spinale nel quale la stimolazione muscolare sia modulata usando l’optogenetica (scienza emergente che combina tecniche ottiche e genetiche di rilevazione, consentendo di controllare l’attività neuronale con la luce).
Hugh Herr è oggi docente presso il MIT Media Lab. Guida il gruppo di biomeccatronica e co-dirige lo Yang Center for Bionics sempre presso il MIT. Il suo lavoro ha aperto la strada per il traguardo di arti bionici guidati dal cervello e non più da un algoritmo.
Ha già ottenuto numerosi riconoscimenti e nel 2011, il settimanale americano TIME lo ha celebrato come “il leader dell’era bionica”.
