Internet delle cose: un aiuto concreto per la disabilità

Colloquio con Paolo Meriggi

L’Internet of Things, ovvero l’Internet delle cose, sta raggiungendo livelli di maturità sempre più elevati e il suo sviluppo procede di pari passo con l'aumento dell'uso di dispositivi elettronici connessi in rete.

Sono molti i campi di applicazione e presso la Fondazione Don Carlo Gnocchi di Milano è in corso un’interessante sperimentazione in ambito sanitario. Si tratta della realizzazione di un prototipo di un sistema pensato per il monitoraggio remoto dell’uso quotidiano di carrozzine elettroniche, adottate precocemente da bambini con grave disabilità.

Paolo Meriggi
IRCCS Fondazione Don Gnocchi
Responsabile Laboratorio di Integrazione Tecnologie Biomediche
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Dott. Meriggi, com’è nata l’idea del progetto MARINER?

Le carrozzine elettroniche rappresentano un aiuto fondamentale per le persone con gravi disabilità motorie, in particolare per i bambini. Purtroppo però, a dispetto dei loro costi elevati e della loro domanda crescente, una volta prescritti ed erogati, le informazioni relative al reale utilizzo sono normalmente limitate a qualche eventuale successivo contatto telefonico con i genitori o con gli utenti. Purtroppo senza un monitoraggio continuo del reale utilizzo delle carrozzine, un ausilio così importante e sofisticato rischia di risultare soltanto di aiuto marginale o addirittura può essere abbandonato. Nel 2014 è iniziato uno studio casocontrollo (finanziato dalla Regione Lombardia), con lo scopo di valutare gli effetti dell’adozione precoce di carrozzine elettroniche da parte di bambini affetti da paralisi celebrale, in particolare riguardo i possibili cambiamenti relativi alla qualità della vita ed allo sviluppo delle funzioni cognitive. Nell’ambito di questo studio, abbiamo appositamente pensato un sottoprogetto chiamato MARINER (Monitoraggio remoto carrozzine elettroniche), per raccogliere informazioni quantitative circa l’utilizzo delle carrozzine, in maniera non invasiva, senza chiedere sforzi aggiuntivi da parte dei genitori e dei bambini.

L’obiettivo di questo monitoraggio è quello di raccogliere in maniera automatica informazioni che possano permettere agli operatori di osservare da remoto l’uso reale della carrozzina e il suo corretto utilizzo. Un sistema del genere offrirà agli operatori, clinici e terapisti, una visione quantitativa consentendo eventuali interventi di adattamento per migliorarne l’uso delle carrozzine da parte degli utenti.

Come avviene il monitoraggio?

Il sistema a bordo della carrozzina è abbastanza semplice per quanto riguarda l’insieme dei dispositivi coinvolti, mentre la maggior complessità è nascosta nella parte di raccolta dati nel cloud (back-end).

Una decina di bambini di età compresa tra 4 e 6 anni sono stati reclutati per un periodo di studio di almeno un anno. A ciascun bambino è stata fornita una carrozzina elettronica Ottobock Skippy. Per ogni carrozzina è stato successivamente realizzato un sistema di monitoraggio, da collocare sul telaio. Dopo alcuni esperimenti, abbiamo optato per una soluzione basata su uno smartphone a cui è stato abbinato un modulo per raccogliere le informazioni fornite direttamente dalla centralina della carrozzina sotto forma di segnale elettrico PWM (Pulse-Width Modulation) legato all’attività dell’elettrofreno.

Come vengono raccolte le informazioni e come sono gestiti i dati?

La raccolta e gestione delle informazioni sullo smartphone è effettuata da una app appositamente sviluppata per acquisire, immagazzinare e trasferire le informazioni alla parte di back-end dell’architettura. Le principali misure, rilevate solo durante l’effettivo movimento della carrozzina, provengono dall’accelerometro e dal giroscopio presenti sullo smartphone, con un campionamento a 50 Hz. Inoltre, dieci volte al minuto viene rilevata la temperatura dello smartphone ed altre informazioni circa la memoria occupata dalla app stessa e lo spazio di memorizzazione disponibile sullo smartphone.

Tutti i cambiamenti nelle condizioni di funzionamento del sistema (accensione e spegnimento della carrozzina, attivazione e disattivazione dei motori, cambiamento del livello di carica dello smartphone, ecc.) vengono etichettati con un timestamp e memorizzati, e considerati eventi asincroni. La sequenza di tali eventi asincroni, insieme ai tracciati, vengono elaborati localmente sullo smartphone per estrarre alcuni semplici indici (come ad esempio la percentuale di attività, la temperatura media e massima dello smartphone, il livello di batteria o il livello del segnale GSM), per poi essere trasferiti all’architettura di back-end. Di notte, quando la carrozzina non è in uso, i dati di riepilogo giornaliero e i tracciati acquisiti il giorno precedente vengono inviati ad una struttura di repository nell’architettura di back-end.

Ad oggi, ogni carrozzina genera dati fino al massimo di una ventina di MB al giorno. È ragionevole però ipotizzare che tali numeri possano crescere esponenzialmente sia nel caso di un ampliamento del numero di carrozzine collegate, che di una estensione della parte di back-end per la raccolta di informazioni da altri tipi di ausilio o anche di altri tipi di segnali (dati fisiologici o di movimento della persona), sempre più facilmente acquisibili tramite dispositivi wearable.

Che prospettive ci sono per il futuro?

MARINER rappresenta per noi un’interessante esperienza perché costituisce il primo tentativo di raccolta automatica, continuativa e di lungo periodo, di informazioni relative a dispositivi ed ausili sul territorio. Le informazioni saranno analizzate, valutate, e successivamente verranno definiti degli indici di sintesi. In questo modo avremo misure sempre più affidabili e utili. Questo ovviamente nell’ottica di poter supportare sempre più e sempre meglio i nostri utenti nell’utilizzo di questi importanti ausili.

Date le caratteristiche del progetto, è possibile ipotizzarne adattamenti per raccogliere informazioni quantitative su un ampio spettro di misure biomediche di valore per le condizioni di salute e di benessere degli utenti lungo il loro percorso riabilitativo, sia attraverso smartphone o ricavate da altri dispositivi wearable (come ad esempio gli smartwatch). Per tutte queste interessanti prospettive, ovviamente il ruolo della rete è cruciale per supportare la necessaria multidisciplinarietà e la collaborazione tra istituzioni differenti, elementi fondamentali per potere affrontare sfide così complesse ed articolate.

IL DON GNOCCHI E LA RETE GARR

La connessione con la rete GARR in questi anni ha offerto innanzi tutto una connettività di qualità, usata dai ricercatori della Fondazione per tutte quelle attività (collegamento con altri ricercatori e centri di ricerca anche attraverso videoconferenze, repository di dati, biblioteche digitali, ecc.) che caratterizzano la ricerca, specie nel caso dei progetti, ed in particolare quelli distribuiti a livello nazionale ed internazionale, che ormai necessitano di continui scambi di informazioni e dati in tutte le loro fasi.