Stato dell'arte del controllo basato su EMG nelle protesi di arto inferiore: meccanismi di adattamento neuroplastico e applicazione al piede robotico Armonico attivo

Abstract

La perdita di un arto inferiore compromette la deambulazione e rende necessario l’utilizzo di dispositivi protesici capaci di restituire stabilità, movimento e adattabilità. Il presente lavoro analizza lo stato dell’arte del controllo basato su segnali EMG nelle protesi di arto inferiore, con attenzione ai meccanismi di adattamento neuroplastico e al piede robotico Armonico. La tesi descrive inizialmente il ruolo della neuroplasticità dopo amputazione, evidenziando come la perdita dell’arto non comporti solo una modifica anatomica e biomeccanica, ma anche una riorganizzazione del sistema nervoso centrale. Successivamente viene analizzato il segnale EMG, dalla sua origine fisiologica al possibile utilizzo per interpretare l’intenzione motoria del paziente. Viene inoltre presentato Armonico, protesi attiva di caviglia progettata per migliorare l’adattabilità del movimento durante la deambulazione. Infine, sono discusse possibili prospettive future, tra cui l’integrazione dell’EMG con altri sensori, lo sviluppo di sistemi adattivi e l’utilizzo di tecniche di neuromodulazione non invasiva per favorire apprendimento motorio, riabilitazione e integrazione uomo-protesi.

The loss of a lower limb impairs gait and makes it necessary to use prosthetic devices capable of restoring stability, movement, and adaptability. This work analyzes the state of the art of EMG-based control in lower-limb prostheses, with a focus on neuroplastic adaptation mechanisms and the Armonico robotic foot. The thesis first describes the role of neuroplasticity after amputation, highlighting how limb loss involves not only anatomical and biomechanical changes, but also a reorganization of the central nervous system. The EMG signal is then analyzed, from its physiological origin to its possible use in interpreting the patient’s motor intention. Armonico is also presented as an active ankle prosthesis designed to improve movement adaptability during gait. Finally, possible future perspectives are discussed, including the integration of EMG with other sensors, the development of adaptive systems, and the use of non-invasive neuromodulation techniques to promote motor learning, rehabilitation, and human-prosthesis integration.