Tag Archives: fori

Un futuro … robotico

13 Mar

Nell’immaginario collettivo dettato dai film e racconti di fantascienza, il nostro futuro dovrebbe essere popolato da robot umanoidi dotati di intelligenza propria ed in grado di comunicare, interagire e, perche’ no, contrapporsi agli stessi esseri umani che li hanno creati. Da decenni questi scenari futuristici vengono richiamati e su tematiche del genere si sono inventate tantissime storie e racconti. Il nostro livello tecnologico, per quanto, punto di vista personale, debba sempre essere migliorato ed e’ sempre un passo indietro a quello che vorremmo fare, non e’ assolutamente scarso eppure questi tanto citati scenari non si sono ancora visti.

Nonostante questo, e anche se molti lo ignorano, la tecnologia robotica ha fatto enormi passi avanti negli ultimi anni e molte operazioni, sia di routine che di elevata complessita’, sono gia’ eseguite dagli uomini coadiuvati da sistemi elettromeccanici. Spesso, questa simbiosi tecnologica e’ necessaria e utile per migliorare la precisione di determinate operazioni, altre volte invece e’ una vera e propria necessita’ fondamentale per supplire all’impossibilita’ di un intervento diretto dell’uomo.

Proprio da questo ultimo scenario vorrei partire per commentare una notizia apparsa sui giornali qualche giorno fa. Provate ad immaginare uno scenario di questo tipo: siamo su un’astronave lontana migliaia di kilometri da Terra. Un membro del nostro equipaggio ha un problema di salute importante che impone un intervento chirurgico di urgenza. Per quanto gli altri membri dell’equipaggio possono essere addestrati a situazioni di questo tipo, non e’ assolutamente possibile immaginare che tutti siano in grado di fare tutto in modo eccellente. Cosa fare per salvare la vita dell’uomo? In casi come questo, potrebbe intervenire un robot in grado di compiere operazioni chirurgiche anche delicate perche’ programmato ed istruito per farle oppure perche’ telecontrollato da un esperto sulla Terra o su un’altra navicella nello spazio.

Pensate sia fantascienza?

Proviamo a sostituire qualche soggetto della nostra storia. La navicella lontana dalla Terra e’ la Stazione Spaziale Internazionale, i membri dell’equipaggio sono gli astronauti provenienti da diversi paesi e che devono restare in orbita anche per periodi relativamente lunghi. Come vengono gestiti casi come quello raccontato sulla ISS? Per il momento, non c’e’ stato mai bisogno di operare d’urgenza un membro della stazione spaziale ma, come potete capire, e’ necessario predisporre piani di emergenza anche per far fronte a problemi come questo. Dal punto di vista medico, gli astronauti della stazione hanno in dotazione strumentazione di monitoraggio e controllo che possono usare autonomamente o aiutandosi in coppie.

Sicuramente un robot appositamente creato per questi scopi potrebbe coadiuvare gli astronauti sia nelle operazioni di routine che in casi di emergenza.

Questo e’ il pensiero che i tecnici NASA hanno avuto quando, qualche anno fa, hanno mandato sulla Stazione Spaziale il Robonaut 2, un robot umanoide che ancora oggi e’ in orbita intorno alla Terra. Inizialmente, il robot e’ stato inviato per aiutare gli astronauti nelle operazioni piu’ difficili ma anche per sostituirli in quelle piu’ banali e ripetitive che sottraggono inutilmente tempo al lavoro del team.

Il Robonaut 2 all'interno della Stazione Spaziale Internazionale

Il Robonaut 2 all’interno della Stazione Spaziale Internazionale

La storia del progetto inizia gia’ dal 1997 quando venne sviluppato un primo prototipo di Robonaut. Questo sistema era pensato per aiutare gli astronauti o sostituirli durante le attivita’ extraveicolari piu’ pericolose. Inoltre, poteva essere montato su un piccolo carro a 6 ruote trasformandolo in un piccolo rover intelligente per l’esplorazione in superficie della Luna o di altri corpi celesti.

Il progetto, come potete immaginare, risulto’ valido e dal 2006 e’ iniziata una stretta collaborazione tra la NASA e la General Motors per la costruzione di un sistema piu’ affidabile e da testare in orbita, appunto il Robonaut 2. Una volta arrivato sulla stazione, il robot venne lasciato imballato per diversi mesi a causa dell’elevato carico di lavoro degli astronauti, fino a quando venne messo in funzione quando nella stazione era presente anche il nostro Paolo Nespoli.

Ecco un video delle prime fasi di collaudo del Robonaut-2:

Come detto, il Robonaut 2 e’ un robot umanoide dotato di due braccia a 5 dita per un peso complessivo di 150Kg, escluse le gambe non previste in questa versione. Il costo di produzione e’ stato di circa 2.5 milioni di dollari per produrre un vero e proprio gioiello di elettronica. Il robot e’ dotato di 350 sensori, una telecamera 3D ad alta definizione, il tutto comandato da 38 processori Power PC. Il complesso sistema di snodi consente di avere 42 gradi di movimento indipendenti.

Addestramento del Robonaut 2 con un manichino

Addestramento del Robonaut 2 con un manichino

La notizia di questi giorni e’ relativa allo speciale addestramento che il Robonaut 2 sta seguendo per diventare un vero e proprio medico di bordo pronto a far fronte, autonomamente o su controllo da Terra, ad ogni intervento medico richiesto, da quelli di routine a, eventualmente, vere e proprie operazioni. Questo addestramento e’ seguito passo passo sia da medici che da tecnici NASA esperti di telecontrollo, dal momento che tutto verra’ poi seguito da Terra verso la Stazione Spaziale. Stando a quanto riportato anche dalla NASA, il Robonaut sarebbe gia’ in grado di eseguire piccoli interventi di routine e di fare prelievi e punture ad esseri umani. Ovviamente, per il momento la sperimentazione e’ fatta su manichini anche se il robot ha mostrato una straordinaria capacita’ di apprendimento e, ovviamente, una precisione e ripetivita’, difficilmente raggiungibili da una mano umana.

Come vedete, forse gli scenari fantascientifici da cui siamo partiti non sono poi cosi’ lontani. In questo caso, l’utilizzo di tecnologia robotica e’ necessario proprio per supplire all’impossibilita’ di intervento diretto da parte dell’uomo e sicuramente potrebbe essere in grado in un futuro molto prossimo di far fronte a situazioni altrimenti non gestibili.

Prima di chiudere vorrei pero’ aprire un ulteriore parentesi robotica. Se pensate che l’utilizzo di un sistema elettromeccanico in medicina sia una novita’ assoluta o se credete che sistemi di questo tipo siano appannaggio soltanto della Stazione Spaziale o di centri di ricerca futuristici, state sbagliando di grosso.

Vi mostro una foto di un altro robot, assolutamente non umanoide, ma con funzioni molto interessanti:

Il sistema robotico Da Vinci

Il sistema robotico Da Vinci

Questo e’ il Robot Da Vinci, proprio in onore del nostro Leonardo, utilizzato in moltissime sale operatorie di tutto il mondo.

Da Vinci e’ prodotto dalla ditta americana Intuitive Surgical e gia’ nel 2000 e’ stato approvato per l’uso in sala operatoria dalla Food and Drugs Administration. Questo sistema e’ dotato di diversi bracci elettromeccanici che consentono una liberta’ di movimento molto maggiore, e assai piu’ precisa, di quella di un polso umano. Il sistema e’ teleguidato da un medico lontano dalla sala operatoria al cui interno ci sono solo infermieri che di volta in volta posizionano lo strumento giusto nelle pinze del robot. Stando a quanto dichiarato, questo robot consente ovviamente di avere una affidabilita’ di ripetizione e precisione molto maggiore di quelle di un normale medico riuscendo ad operare limitando fino ad 1/3 il normale sangiunamento degli interventi piu’ complicati.

Dal sito della Intuitive Surgical si legge che ad oggi sono stati venduti piu’ di 700 di questi robot e pensate che in Italia quasi 70 sale operatorie sono attrezzate con questo sistema. Il numero di operazioni effettuate con questo robot e’ dell’ordine delle decine di migliaia.

E’ tutto oro quello che luccica?

Per completezza, e come siamo abituati a procedere, vi mostro anche il rovescio della medaglia. Rimanendo nel caso Da Vinci, anche in Italia, si sono formati tra i medici due schieramenti: quelli favorevoli al suo uso e quelli fortemente contrari. Perche’ questo? Se parliamo dei vantaggi del sistema, sicuramente una mano robotica consente di effetturare operazioni di routine con una precisione assoluta, d’altro canto pero’, ci sono molti medici che mettono in discussione il rapporto investimento/beneficio di un sistema del genere. Come potete facilmente immaginare, l’investimento richiesto per l’acquisto del robot e’ molto elevato con grossi guadagni dell’azienda e, soprattutto, delle banche che offrono finanziamenti agli ospedali. Inizialmente, il Da Vinci e’ stato sviluppato per le operazioni piu’ complesse o in cui il medico non riuscirebbe a lavorare facilmente. Si tratta ovviamente di operazioni in laparoscopia che tradizionalmente potrebbero essere eseguite con un investimento molto inferiore. Inoltre, visto lo sforzo economico per l’acquisto, molti degli ospedali che dispongono del robot tendono ad utilizzarlo anche per gli interventi piu’ facili al fine di sfruttare a pieno l’investimento fatto. Altro aspetto non da poco, il Da Vinci e’, ovviamente, coperto da decine di brevetti che creano un monopolio per la ditta costruttrice. Questo non fa altro che bloccare eventuali piccole startup che potrebbero migliorare notevolmente un sistema che, come detto, risale al 2000. Come discusso all’inizio dell’articolo, anno per anno la tecnologia cresce notevolmente ed un apparato del genere, per quanto complesso, potrebbe sempre essere migliorato con l’aggiunta di nuovi sistemi. Come vedete, al solito, le discussioni sono piu’ di natura economica che di utilizzo. Nonostante questo, il Da Vinci e’ un ottimo esempio di chirurgia robotica gia’ disponibile alla societa’.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Annunci

Lenti a contatto smart!

20 Gen

Diversi giornali in questi ultimi giorni hanno pubblicato una notizia veramente interessante e che merita di essere analizzata meglio. Come forse avrete letto, Google ha reso noto uno dei suoi progetti per il futuro. Si tratta di una lente a contatto intelligente dotata di sensori per la rivelazione del glucosio.

A cosa serve?

Misurazioni di questo tipo divengono dei veri e propri salva-vita per le persone affette di diabete. Questa e’ ormai una patologia diffusissima a livello mondiale, con un numero di persone diabetiche che sfiora i 20 milioni. Come saprete, nei casi piu’ gravi e’ richiesto un continuo monitoraggio degli zuccheri nel sangue necessari per impedire conseguenze che possono essere anche molto gravi.

Prima osservazione, chi ha sviluppato questa speciale lente? Come avrete letto, il progetto viene direttamente dai laboratori chiamati Google-X. Si tratta di una divisione ricerca di Google strettamente top secret e di cui non si conosce neanche l’esatta ubicazione. I progetti curati da questo laboratorio, molti sulla robotica, sono gestiti direttamente dai fondtori di Google. Nei nostri precedenti articoli, abbiamo gia’ parlato di alcune invenzioni provenienti da questi laboratori. Esempio noto a tutti sono i Google Glass:

Realta’ aumentata. Quella virtuale e’ gia’ preistoria!

cosi’ come il progetto per portare la connessione internet nei luoghi piu’ isolati del pianeta mediante palloni sonda:

Internet dalla stratosfera

Cosa possiamo dire invece per queste lenti?

Prima di tutto, vi segnalo la pagina ufficiale di Google in cui viene anunciata l’invenzione:

Google, smart lens

Come vedete, si tratta di una speciale lente composta da un doppio strato. All’interno di questo sandwich viene alloggiato uno speciale circuito dotato di sensori per la misura del glucosio nella pellicola lacrimale. Nello strato interno viene infatti previsto uno speciale forellino per permettere il passaggio del liquido all’interno dove viene analizzato. Sempre nel circuito sono presenti sensori wireless per il collegamento ad un dispositivo remoto di lettura e dei led che possono essere utilizzati per inviare un segnale di allarme direttamente nell’occhio del paziente. Quest’ultimo sistema non e’ affatto non rilevante. Molto spesso infatti le persone possono dimenticarsi di controllare il livello di glucosio rischiando di avere conseguenze. Avere un led di pericolo sicuramente visibile non puo’ che aumentare la sicurezza del monitoraggio.

Ecco il circuito contenuto all’interno delle speciali lenti:

Le lenti a contatto realizzate da Google per la misura del glucosio

Le lenti a contatto realizzate da Google per la misura del glucosio

Per quanto riguarda i vantaggi di questa invenzione, non credo che sia necessario spendere molte parole poiche’ sono evidenti a tutti, in special modo a coloro che soffrono di diabete. Inoltre, tenete conto che oggi, i dispositivi di controllo maggiormente utilizzati prevedono un’analisi del sangue compiuta con continui e fastidiosissimi buchetti ai polpastrelli.

Come dichiarato anche da Google pero’, questo dispositivo e’ ancora in fase molto prototipale. Per prima cosa c’e’ da dire che non e’ assolutamente certo che la misurazione del glucosio mediante lo strato lacrimale sia affidabile e precisa. Ovviamente, le lecrime hanno un notevole contenuto di zucchero. Quello che ancora deve essere valutato, soprattutto perche’ dal punto di vista medico ci sono risultati in contrapposizione, e’ la correlazione tra le percentuali nelle lacrime e quelli nel sangue. Inoltre, deve essere studiata molto bene l’efficacia della misura sullo strato lacrimale. Sistemi alternativi prevedono un incremento della lacrimazione in modo artificiale, ma questo comporterebbe a sua volta una diluizione delle concentrazioni ricercate.

Concludendo, quello delle lenti intelligenti per diabetici e’ un progetto molto interessante ma ancora in fase prototipale. La stessa Google cerca collaborazioni con soggetti esperti del campo per verificare la bonta’ di questa intuizione. Dal punto di vista medico, la societa’ lavora anche a stretto contatto con la FDA americana e, gia’ oggi, e’ partita una sperimentazione su un uomo per valutare alcuni di questi punti oscuri ancora prsenti nel progetto. A questo punto, non resta che attendere gli sviluppianche perche’ Google prevede di poter mettere sul mercato questo prodotto entro 5 anni.

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

Cerchi nel ghiaccio: quello che ancora mancava

27 Mar

Dopo aver parlato di cerchi nel grano:

21 Dicembre 2012: Cerchi nel grano

Ancora sui cerchi nel grano

Come si realizza un cerchio nel grano

Errore nel cerchio di Santena

Nuovo cerchio, nuova data!

Nuovo cerchio a Povoletto

cerchi nella sabbia:

Crop circle? No, sand circle!

e cerchi sulla neve:

E ora gli snowcircle

ora e’ il turno dei “cerchi nel ghiaccio”!

Che significa?

Circa un paio di giorni fa, nella cittadina di Eden nello stato di New York, una signora del luogo ha fotografato uno stranissimo fenomeno in corso nello stagno di fronte la sua abitazione. Sulla superficie ghiacciata dello stagno sono apparsi dei misteriosi fori di forma quasi perfettamente circolare. Ecco la foto scattata dalla testimone:

Foto del lago di Eden con i cerchi nel ghiaccio

Foto del lago di Eden con i cerchi nel ghiaccio

La foto in questione ha fatto, in poche pre, letteralmente il giro del mondo. Moltissimi siti, giornali e TV ne hanno parlato. Tutti si chiedono da cosa potrebbero essere formati questi “cerchi nel ghiaccio”.

Le foto della testimone sono state pubblicate su facebook nella pagina di una TV locale. Nel giro di 2 ore, erano state visualizzate da quasi 40000 persone che hanno lasciato 200 commenti per cercare di dare una spiegazione a questo fenomeno. Ovviamente, potete facilmente immaginare, anche perche’ ne stiamo parlando qui, quali sono le ipotesi piu’ in voga: emergenza naturale, strane forme di vita che popolano il lago, caduta di meteoriti, fenomeno atmosferico, ecc. Ma ovviamente l’ipotesi piu’ acclamata quale poteva essere? Gli elieni!

Cosi’ come i cerchi nel grano, queste strane formazioni sarebbero il segno lasciato durante l’atterraggio di navicelle extraterrestri o un messaggio lasciato per noi da queste forme di vita.

Senza lasciarci trascinare dal sensazionalismo, proviamo invece a dare una spiegazione razionale, sempre se esiste, a questo fenomeno.

Partiamo dal presupposto che siamo ormai alla fine dell’inverno, per cui le temperature saranno leggermente superiori a quelle tipicamente rigide dello stato di New York. Perche’ dico questo? Quando la superifice di un lago o di uno stagno si ghiaccia, certamente questo non avviene di colpo, ma il processo e’ lento e graduale. Come potete facilmente immaginare, ci saranno zone in cui il ghiaccio si forma prima e zone che invece verranno ricoperte solo alla fine. Questo e’ ovviamente dovuto a vari fattori: moti delle correnti di acqua sotto la superficie, correnti d’aria esterne, eventuali sorgenti interne allo specchio d’acqua che possono avere temperature differenti da quelle dell’intero volume, ecc.

Che c’entra la formazione del ghiaccio con i buchi della foto?

Vi mostro un video, sempre dello stesso fenomeno di Eden, ma che offre angolazioni differenti:

Osservate una cosa, sotto diverse angolazioni si vede come la superficie ghiacciata del lago non e’ affatto uniforme, bensi’ presenta ampie zone con ghiaccio molto sottile, oltre ovviamente ai buchi di cui stiamo parlando. Una superficie non compatta di ghiaccio e’ del tutto normale in questo periodo, cosi’ come e’ normale avere dei buchi sulla superficie dovuti quindi ai moti convettivi interni dei volumi di acqua.

In questo caso dunque, sarebbero comprensibili i buchi sia come elementi creati durante la solidificazione della superficie, sia anche durante il disgelo. Inoltre, le eventuali correnti sotterranee, di cui molti stagni sono dotati, salgono in superficie creando proprio delle zone non coperte, o con strati sottili in base alla differenza di temperatura.

Perche’ pero’ si vedono fori circolari?

Anche in questo caso, esistono diverse ipotesi, tutte attualmente al vaglio degli esperti.

Prima di tutto, eventuali vegetazioni sotto lo stagno possono produrre gas che, risalendo in superficie, possono portare ad uno scioglimento parziale del ghiaccio. In questo senso, l’effetto a pois visibile sarebbe causato dalla morfologia sottomarina della vegetazione.

Formazioni circolari su terreni ghiacciati non sono affatto una novita’ in natura. Un esempio di questo tipo e’ costituito dalle cosiddette Lithalse.

Di cosa si tratta?

Foto di Lithalse

Foto di Lithalse

Nei terreni in cui si ha un frequente congelamento e disgelo causato dai rigidi inverni, si possono verificare espansioni e contrazioni del terreno, che dunque viene sollevato formando delle strutture perfettamente circolari, dette appunto lithalse. In particolare, sul permafrost, cioe’ sul terreno permanentemente ghiacciato, la formazione delle lithalse sotto lo strato di ghiaccio possono provocare dei fori perfettamente circolari.

Questo esempio ci fa capire come forme geometriche regolari non siano assolutamente una novita’ in natura. Nel caso dello stagno ad Eden invece, la formazione dei fori e’ dovuta con buona probabilita’ ai gas prodotti dalla vegetazione o alle sorgenti presenti sotto la superficie che, in questo periodo dell’anno, possono facilmente sciogliere il ghiaccio in ampie zone.

Solo per curiosita’, vi vorrei invece raccontare un altro avvenimento simile che forse ricorderete. Il caso di Eden mi ha fatto ricordare quello che e’ avvenuto nel 2009, quando gli astronauti della stazione spaziale osservarono dei misteriosi fori circolari sulla superficie ghiacciata del lago Baikal in Siberia.

Ecco una foto presa proprio dalla stazione spaziale:

Il lago Baikal ghiacciato con i due fori circolari

Il lago Baikal ghiacciato con i due fori circolari

Come potete vedere, ci sono due fori circolari perfettamente visibili sulla superficie e con diametri che arrivano a circa 4 kilometri.

Anche in questo caso, si parlo’ di evento misterioso e non mancarono le ipotesi extraterrestri sempre in voga su avvenimenti di questo tipo.

Cosi’ come per il lago di Eden, anche per il Baikal esiste una spiegazione razionale che venne trovata dopo mesi di analisi e considerazioni sul ritrovamento.

Sul fondo del lago Baikal sono presenti diverse sorgenti con emissioni di gas metano. Risalendo dal sottosuolo, il gas entra a contatto con l’acqua del fondo che ovviamente si trova ad una temperatura minore. Questo surriscaldamento provoca moti convettivi che portano l’acqua calda a salire verso la superficie sciogliendo parzialmente il ghiaccio. La precisa posizione delle sorgenti fa si che i fori non si formino ovunque sul ghiaccio ma sempre nelle stesse zone, che poi sono quelle visibili dalla foto della stazione spaziale.

Secondo alcuni esperti poi, l’esatta forma circolare potrebbe essere aiutata anche dalla forza di Coriolis dovuta al movimento della Terra. Non entrando troppo nel dettaglio fisico, la Terra ovviamente non e’ ferma su se stessa ma ruota intorno al suo asse e intorno al Sole. Questi movimenti creano delle forze aggiuntive a quella di gravita’, dette forze apparenti, chiamate “Forza Centrifuga” e “Forza di Coriolis”. Quest’ultima e’ anche quella responsabile della forma spiraleggiante dei cicloni e delle masse d’aria in atmosfera. Secondo questa ipotesi, proprio questa forza aiuterebbe l’acqua piu’ calda a salire in superficie spiraleggiando e creando le strutture esattamente circolari che vediamo dalla foto.

Solo per curiosita’, a seguito dell’osservazione di questo fenomeno, il governo russo ha anche predisposto un monitoraggio continuo del lago Baikal dai satelliti. La formazione di queste strutture, che dunque indicano un aumento dell’emissione di metano, non e’ facilmente visibile stando sulla superficie del lago. Data la grande dimensione, affinche’ si possa osservare la forma identificativa, e’ necessario osservare il tutto dallo spazio, cioe’ da una visuale adatta. Il monitoraggio delle emissioni di metano deve essere eseguito perche’ questo gas potrebbe essere correlato con l’aumento dell’attivita’ tettonica sotto la superficie del lago. In questo senso, conviene monitorare la situazione in modo semplice attraverso le foto dei tanti satelliti in orbita intorno alla Terra.

 

 

Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.