Un dispositivo modulare sviluppato presso il Consiglio Nazionale delle Ricerche per il training bilaterale, con controllo adattivo e ambienti di gioco interattivi, in fase di trasferimento tecnologico tramite la società spin-off Rehabilia Technologies.
I disturbi neuromotori dell’arto superiore rappresentano una delle sfide cliniche più complesse in ambito riabilitativo. Nelle forme ad esordio pediatrico — come la paralisi cerebrale emiplegica — il deficit interessa spesso un solo lato del corpo e si manifesta in modo disomogeneo lungo la catena cinematica dell’arto superiore: alcuni segmenti risultano gravemente compromessi, altri conservano funzione residua. Le ripercussioni si estendono ben oltre la sfera motoria, condizionando la partecipazione scolastica, lo sviluppo psicosociale e la qualità della vita del bambino e della sua famiglia.
Inoltre, il training bilaterale degli arti superiori ha guadagnato negli ultimi anni crescenti evidenze neurofisiologiche a suo favore: il coinvolgimento simultaneo di entrambi gli arti favorisce l’attivazione della corteccia motoria primaria e stimola la comunicazione interemisferica, consentendo all’arto meno compromesso di fungere da guida per quello più deficitario. Nonostante queste premesse, i dispositivi robotici pensati specificamente per il training bilaterale rimangono limitati, e ancor di più quelli progettati fin dall’inizio per rispondere alle caratteristiche proprie del paziente in età evolutiva.
Un’architettura pensata per la flessibilità
PhiCube nasce da una ricerca sviluppata presso l’Istituto di Sistemi e Tecnologie Industriali Intelligenti per il Manifatturiero Avanzato del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-STIIMA), con l’obiettivo di colmare questo divario. Il dispositivo è costruito attorno a un corpo centrale compatto che ospita due giunti motorizzati indipendenti, uno per ciascun arto. Una caratteristica distintiva è il meccanismo di riorientamento (Fig. 1): ruotando il corpo centrale attorno a un asse opportunamente inclinato, è possibile allineare gli assi di attuazione perpendicolarmente a ciascuno dei tre piani anatomici principali — sagittale, frontale e trasverso — senza smontare né riconfigurare componenti meccanici complessi.
A questo si aggiunge un insieme di manipoli intercambiabili (Fig. 2): impugnature progettate per elicitare pattern motori specifici, ciascuna agganciabile al corpo centrale tramite un’interfaccia a sgancio rapido che non richiede attrezzi. La combinazione tra orientamento del dispositivo e scelta dei manipoli permette di coprire un’ampia gamma di esercizi, dall’addestramento distale isolato — come la rotazione del polso o la presa di precisione — fino a sinergie multi-articolari che coinvolgono contemporaneamente spalla, gomito e polso.
La struttura modulare e compatta e il flessibile sistema di aggancio rendono PhiCube facilmente trasportabile e rapidamente installabile in contesti diversi: dal reparto ospedaliero all’ambulatorio, fino all’ambiente domestico, senza richiedere infrastrutture dedicate (Fig. 3).
Un controllo che si adatta al paziente
Il cuore del sistema è il controllore bilaterale, basato su uno schema di controllo dedicato: il dispositivo non impone al paziente traiettorie rigide, ma modella la risposta meccanica percepita, come se applicasse forze di richiamo virtuale, regolandone intensità e direzione in funzione degli obiettivi terapeutici.
Il clinico può configurare il tipo di interazione tra i due arti. Quando l’arto meno compromesso è sufficientemente attivo, può muoversi liberamente e diventare il riferimento per quello più deficitario: il dispositivo genera in tempo reale una forza di richiamo che spinge il secondo arto a seguire il primo, con un’intensità configurabile in funzione delle necessità. In altri scenari, l’accoppiamento può essere reso simmetrico: entrambe le impugnature si influenzano a vicenda, e qualsiasi asimmetria nel movimento viene corretta da forze percepite su entrambi i lati, favorendo l’apprendimento di pattern coordinati. È inoltre possibile impostare rapporti di trasmissione asimmetrici — utili quando i due arti hanno escursioni articolari diverse — o coordinazioni in controfase, adatte al training di movimenti alternati. Inoltre, l’intensità dell’accoppiamento è regolabile in modo continuo, consentendo di calibrare l’azione al livello di capacità residua dell’utente e di ridurlo progressivamente man mano che la funzione migliora, secondo il principio assist-as-needed: il dispositivo interviene quanto basta, senza sostituire l’iniziativa motoria del paziente.
Ogni asse può inoltre operare in modalità monolaterale indipendente, come sistema passivo per la valutazione, come attuatore assistivo, o come elemento resistivo per l’allenamento in carico.
Il gioco come strumento terapeutico
Nella riabilitazione pediatrica, il mantenimento della motivazione e dell’engagement è una caratteristica importante, così come la semplicità d’uso: il gioco diventa mezzo importante per l’apprendimento, l’attenzione si sposta dall’esercizio all’obiettivo, e il sistema nervoso trae vantaggio da un contesto motivazionale ricco di retroazione sensoriale. PhiCube integra a questo fine un ambiente di gamification dedicato: le sessioni di training si svolgono all’interno di scenari interattivi in cui il movimento del paziente controlla direttamente l’evoluzione del gioco. Il bambino percepisce una guida aptica coerente con ciò che vede sullo schermo, rendendo il feedback visivo e quello meccanico due facce dello stesso segnale terapeutico.
I diversi scenari di gioco possono essere configurati per richiedere movimenti monolaterali, bilaterali simmetrici o coordinazioni indipendenti dei due arti. Il livello di difficoltà, la durata della sessione e numerosi altri parametri sono regolabili per adattare l’attività alle capacità del singolo paziente. Alcuni ambienti consentono inoltre di introdurre elementi che allenano sfere cognitive e visive in parallelo all’attività motoria — come la gestione dell’attenzione selettiva o il compenso di eminegligenza — sfruttando il movimento come veicolo di apprendimento multidimensionale.
Dalla ricerca al mercato
PhiCube è tutelato da un brevetto internazionale, la cui licenza è stata trasferita dal Consiglio Nazionale delle Ricerche a Rehabilia Technologies, spin-off del CNR nata per portare questa tecnologia sul mercato e generare un reale impatto sulla società. Il dispositivo è attualmente al centro di uno studio clinico multicentrico condotto in collaborazione con importanti centri italiani di riabilitazione pediatrica, nell’ambito del programma di ricerca Fit4MedRob.
Sebbene PhiCube sia stato concepito a partire dalle specifiche esigenze del paziente pediatrico, la sua architettura riconfigurabile e il controllo adattivo ne fanno uno strumento potenzialmente prezioso anche per la riabilitazione neuromotoria dell’adulto. Pazienti affetti da ictus, morbo di Parkinson o sclerosi multipla possono beneficiare degli stessi paradigmi di training bilaterale alla base del dispositivo, e la modularità del sistema consente di adattare rapidamente la configurazione a diversi profili funzionali. A conferma di questo potenziale, è attualmente in fase di approvazione uno studio clinico dedicato ad una prima sperimentazione che coinvolgerà pazienti adulti.
La piattaforma è concepita per evolvere: nuovi manipoli, algoritmi adattativi per la modulazione automatica dell’assistenza, un modulo di tracking posturale markerless e l’integrazione con la stimolazione elettrica funzionale sono tra le direzioni di sviluppo già in corso, con l’obiettivo di costruire progressivamente uno strumento all’altezza della complessità e della varietà dei bisogni riabilitativi neuromotori.
L’approfondimento, presentato a LAB Italia 2026, è a cura del dott. Matteo Malosio, ricercatore presso CNR-STIIMA.
