L’interfaccia a basso costo per comunicare con gli occhi, inventata da uno studente

Un paio di elettrodi che misurano il potenziale dell’occhio e ne registrano il movimento, e che attraverso un’interfaccia inviano tramite Bluetooth il segnale a dispositivi terzi, per aiutare le persone con gravi disabilità motorie a svolgere diverse azioni: parlare con gli occhi, controllare un computer, fino a guidare una sedia a ruote elettrica. Sembra fantascienza e invece è EyesDrive, l’invenzione di Federico Runco, 19 anni, originario di Crescentino (VC) e studente di quinta dell’istituto Ascanio Sobrero di Casale Monferrato. È lui uno dei vincitori dell’edizione 2021 del concorso “I giovani e le scienze”, promosso da Fast–Federazione delle associazioni scientifiche e tecniche per la Direzione generale ricerca della Commissione europea.

“L’idea è nata due anni fa: con la scuola eravamo andati all’aeroporto militare di Cameri per vedere le nuove tecnologie che venivano implementate nel settore bellico – racconta Federico –. Ci hanno mostrato un casco che, tramite la direzione degli occhi in un mirino, va a mirare e sparare missili con grandissima precisione.
La prima cosa che ho pensato è stata: la stessa tecnologia si potrebbe applicare per un uso sociale, non militare. Di lì è venuta l’idea: ci ho provato ma ero ancora in terza e non avevo le capacità per progettare. Durante il primo lockdown poi ci ho riprovato, e questa volta sono riuscito a realizzare l’interfaccia”.

I laboratori della scuola però erano chiusi, e così Federico ha dovuto fare tutto da casa. Ha trovato un dataset aperto dell’Università di Malta, e poi è riuscito a implementarlo dal computer a un simulatore elettronico, senza mai sperimentarlo nella realtà. “Il bulbo oculare umano può essere modellizzato come un dipolo fisso, col polo positivo posto sulla cornea e il polo negativo sulla retina – spiega Federico –. Il potenziale ‘corneo-retinico’ correlato può essere rilevato nella regione periorbitale del viso: la variazione dell’angolo dell’occhio causa un cambiamento di quel potenziale, proporzionale alla direzione finale. Misurando quindi questo potenziale grazie ad un paio di elettrodi, è possibile registrare un segnale che rappresenta la posizione degli occhi dell’utente in funzione del tempo. 
Nella maggior parte delle malattie del motoneurone, l’occhio è uno dei pochi organi ancora controllabili dalle persone: per questo, il movimento oculare può essere svolto per comandare diversi tipi di dispositivi”.

Federico ha trovato poi un’azienda cinese che si occupa di circuiti elettronici, la JLCPCB, che gli ha fatto da sponsor e ha realizzato il prototipo. A dicembre finalmente sono arrivate le schede e lo studente ha potuto provare per la prima volta la sua invenzione concretamente. Ad aprile, poi, è arrivato l’esito del concorso “I giovani e le scienze”: Federico ha vinto il riconoscimento di Cielo Stellato della fondazione Silvio Lutteri e anche il prestigioso riconoscimento della The Yale Science and Engineering Association, oltre che un premio di 500 dollari offerto da Society for Science ad un progetto con una forte componente innovativa e un potenziale impatto sulla comunità. Tra una settimana, inoltre, il giovane presenterà il suo progetto alla Intel International Science and Engineering Fair, fiera internazionale su ingegneria e scienza, e in estate volerà a Londra per partecipare al London International Youth Science Forum.

“Sto realizzando una seconda versione di EyesDrive, migliorando il funzionamento del programma – racconta Federico –. Ad esempio, se sto guidando una sedia a ruote elettrica con gli occhi, potrebbe diventare pericoloso se mi distraggo con lo sguardo e l’interfaccia risponde immediatamente al movimento delle pupille. Quindi sto elaborando un meccanismo che permette di confermare le mie intenzioni, per esempio con il battito delle palpebre, per avere la sicurezza di qual è la volontà dell’utente”.

Federico vuole ora brevettare il programma EyesDrive, che potrebbe diventare un prodotto commercializzabile: sfruttando tecnologie meno complesse rispetto a dispositivi disponibili in commercio, basati su webcam e algoritmi di computer vision, il costo totale del sistema viene drasticamente abbattuto, rendendolo una alternativa economica sia per i pazienti che per i ricercatori. “Vorrei integrare l’interfaccia in un prodotto facilmente utilizzabile, come un paio di occhiali con delle molle che mettono in contatto gli elettrodi con il viso – afferma –. È molto semplice realizzarli: basta una stampante 3D. Il costo viene così abbattuto e la tecnologia diventa accessibile a più persone”.

Federico, insomma, ha le idee molto chiare. A giugno affronterà l’esame di maturità, e per l’anno prossimo si è già iscritto al Politecnico di Torino, dove studierà ingegneria elettronica. E poi sogna l’estero: “Tutte le aziende più innovative del settore si trovano negli Stati Uniti: mi piacerebbe andare a lavorare lì e applicare le mie conoscenze al settore biomedico – conclude –. Al momento sono in corso i primi test per impiantare nel cervello umano dei chip che funzionano come interfaccia con i computer: l’azienda Neuralink ha già fatto i primi esperimenti con una scimmia. Lavorare in questo campo per me sarebbe il massimo: capire come funziona il cervello umano a livello elettrico è affascinante”.

Alice Facchini