Sono considerati robot medici gli apparecchi tecnici e le macchine che trovano impiego in questo campo nello svolgimento di lavori meccanici o in ruoli di assistenza. Ciò che fino a non molto tempo fa sembrava fantascienza, oggi è parte indispensabile delle attività quotidiane di molti ospedali, cliniche e centri di riabilitazione. In quanto affidabili assistenti, i robot medici svolgono compiti che vanno al di là delle capacità umane o che non possono essere svolti per molto tempo da chirurghi, internisti o operatori sanitari: in caso interventi chirurgici di lunga durata, infatti, entra in gioco il processo di affaticamento umano. Sospinto dalle innovazioni e dall'elevata rilevanza sociale, sta crescendo il numero di robot medici omologati su scala globale; nuovi campi di applicazione si schiudono così alla tecnologia medica.
Componenti e funzionamento dei robot medici
A causa dell'ampia gamma di impieghi della robotica, i robot medici sono dotati di componenti in parte molto diversi tra loro e realizzati appositamente per scopi specifici, differenziandosi quindi in dimensioni, forma e struttura. Tuttavia, i due elementi di base sono generalmente l'unità di controllo e il manipolatore. Quest'ultimo funge da elemento esecutivo, vale a dire come braccio del robot, e comprende sezioni con giunti, sensori, un sistema di azionamento e il cosiddetto effettore.
A seconda del campo di applicazione del robot medico l'effettore può essere equiparato ad esempio ad una pinza, e rappresenta l'elemento di collegamento tra il robot e l'ambiente. Mentre in linea di principio si utilizzano prevalentemente tecniche di azionamento elettriche, la quantità di elementi e giunti installati dipende dalla rispettiva applicazione. I sensori non solo aiutano a determinare la posizione del manipolatore, ma raccolgono e trasmettono all'unità di controllo del robot medico numerosi dati, come le distanze e le immagini della telecamera.
Il sistema di comando del robot medico dipende innanzi tutto dal contesto in cui ha luogo il suo utilizzo. Nell'ambito di procedure chirurgiche il medico coopera attivamente con il robot. Il movimento di console, joystick o analoghi controlli viene recepito e implementato in modo sincrono dal braccio del robot (controllo telemanipolato). Se invece il robot medico deve eseguire autonomamente determinati movimenti, questi vanno preventivamente impostati a mano o definiti tramite programmazione offline.
Robot medici nel corso del tempo
La storia dei robot medici è iniziata circa 25 anni fa ed è quindi una delle conquiste relativamente recenti della tecnologia medica. Da allora la robotica si è rapidamente affermata ed è oggi indispensabile in molte applicazioni. Il veloce sviluppo e la vera e propria euforia che supporta le procedure assistite da computer e i robot in medicina si fondano in primo luogo sui positivi valori empirici delle procedure di diagnostica per immagini, come le radiografie, la tomografia computerizzata e l'endoscopia. Inoltre, le innovazioni nel campo dei processori e della memorizzazione dei dati sono un fattore importante per l'evoluzione dei robot medici, poiché l'uso di unità di calcolo permette di elaborare o utilizzare grandi quantità di dati simultaneamente. Per finire, il consenso da parte della società nei confronti della robotica in medicina è in aumento e una nuova mentalità sta incentivando l'evoluzione dei suddetti sistemi.
Al primo utilizzo di robot medico per un'operazione nel 1991 durante una resezione transuretrale della prostata (tecnica chirurgica urologica su tessuto malato) fecero seguito nel giro di poco tempo altre procedure. Anche in Germania la robotica ha trovato ampio spazio e ben presto i robot medici hanno iniziato a svolgere la funzione di assistenti nei cosiddetti interventi ossei. Di anno in anno è cresciuto il numero di robot medici impiegati in tutto il mondo ed è aumentato il consenso nei loro confronti. Questo mutamento oggi è più visibile che mai: la presenza di innovazioni e di progressi in corso sono chiaramente testimoniati dai numerosi sistemi e dispositivi nel campo della robotica che stanno solo aspettando di essere approvati.
Precisione nello spazio e nel tempo: obiettivi e caratteristiche del robot medico
Contrariamente a quanto descrivono gli scenari fantascientifici, nel campo della tecnologia medica la robotica non persegue l'obiettivo di rimpiazzare completamente l'uomo. In primo luogo, i robot medici svolgono un ruolo di assistenza e sono molto più simili alla mano di un aiutante o al prolungamento di un braccio: essi offrono una gamma differenziata di possibilità di applicazione e trattamento e, tramite una specifica configurazione, possono semplificare e attuare con precisione determinati processi. Talvolta i robot medici (o meglio il loro elemento esecutivo) vengono anche chiamati manipolatori, poiché non agiscono autonomamente e devono essere controllati da un essere umano. In questo senso, la tecnica rappresenta una positiva manipolazione o ottimizzazione delle capacità umane.
I grandi vantaggi e le caratteristiche elementari dei robot medici sono particolarmente evidenti nelle procedure chirurgiche minimamente invasive. Grazie alle loro prestazioni di lavoro costanti riducono i tempi operativi, alleviano le sofferenze dei pazienti e prevengono gli errori operativi causati dall'affaticamento. Ove necessario, i robot medici a comando attivo possono essere comandati a distanza per mezzo di una console. Non è necessario che il medico si trovi direttamente al tavolo operatorio: può controllare il sistema da diversi metri di distanza. Inoltre, i robot medici lavorano senza impulsi mentali ed emotivi e quindi consentono la massima precisione, da una prospettiva spaziale ma anche temporale.
L'accuratezza dei robot medici viene sfruttata soprattutto nelle procedure minimamente invasive e per le quali si praticano incisioni molto piccole. I suddetti sistemi sono in grado di “convertire” i movimenti del medico per eseguire azioni di estrema precisione: ad esempio, un centimetro sul dispositivo di comando corrisponde a un millimetro sul corpo del paziente.
Campi d'applicazione della medicina robotica
La gamma di applicazioni dei robot medici all'interno della sala operatoria è già oggi ampiamente diversificata. È comunque la chirurgia a trarne i maggiori benefici con i suoi ambiti specialistici quali l'ortopedia, la chirurgia plastica e la cardiochirurgia. Inoltre, in campo medico i robot vengono utilizzati con successo anche al di fuori della sala operatoria: speciali robot, ad esempio, sono impiegati per il trasporto di riserve di sangue o per il riempimento di campioni. Altri sono in grado di mescolare in modo mirato i liquidi nelle provette. Altri campi d'applicazione dei robot medici sono la diagnostica, l'assistenza e il trattamento ospedaliero.
Le innovazioni degli ultimi anni hanno mostrato che un altro ambito connesso alla medicina tradizionale trae beneficio dalla robotica: quello della riabilitazione. I cosiddetti esoscheletri, strutture di supporto dotate di servomotori, aiutano i malati nei loro movimenti quotidiani. I riduttori della serie HFUS-2UH® di Harmonic Drive AG vengono utilizzati nelle giunture dei robot medici per garantire le necessarie caratteristiche quali la libertà di movimento, la compattezza e la scorrevolezza. Solo con una tecnologia di alta qualità e precisione è possibile fornire alle persone un efficace percorso di riabilitazione in uno spazio di lavoro tridimensionale. Come nei campi di applicazione indicati in precedenza, anche nella riabilitazione dei pazienti sono prevedibili, per il futuro, molte nuove possibilità d’impiego.
Vantaggi dei robot medici