Al Politecnico una carrozzina che si guida muovendo la testa: niente joystick

Muovere la testa per avanzare, sterzare o spostarsi lateralmente con una carrozzina elettrica. È il risultato di una ricerca sviluppata al Politecnico di Torino insieme all’Institute of Science Tokyo, pensata soprattutto per persone che non possono utilizzare il tradizionale joystick con le mani. Due differenti sistemi sono stati testati anche su carrozzine omnidirezionali e con 25 partecipanti, raggiungendo un livello di maturità tecnologica TRL 6.

Carrozzina elettrica Politecnico Torino 2026: il comando passa dalla testa

La ricerca nasce da un problema molto concreto.

Le carrozzine elettriche tradizionali vengono generalmente controllate attraverso un joystick manuale. Per chi presenta tetraplegia o patologie neuromuscolari avanzate, però, anche un comando apparentemente semplice può risultare difficile o impossibile da utilizzare.

Il lavoro sviluppato da Lorenzo Baglieri, che il 4 settembre 2026 ha concluso il Dottorato in Ingegneria Meccanica al Politecnico di Torino, punta a sostituire quel comando con un’interfaccia non invasiva capace di interpretare i movimenti della testa.

La tesi, intitolata Hands-Free Human Machine Interfaces: Design and test of two approaches for rider assistance of electric-powered wheelchairs, è stata realizzata nel primo percorso di joint supervision tra il Politecnico di Torino e l’Institute of Science Tokyo.

La ricerca in sintesi

Il primo sistema usa due telecamere

La prima soluzione sfrutta la stereovisione.

Il principio è simile a quello con cui i due occhi permettono di percepire la profondità. Due telecamere sincronizzate osservano il volto da angolazioni leggermente differenti.

Il software individua in tempo reale alcuni punti di riferimento del viso, come occhi, naso e mento, e ricostruisce la posizione tridimensionale della testa.

Non viene imposta una postura standard.

Il sistema registra infatti la posizione naturale assunta dalla persona sulla carrozzina e la utilizza come punto neutro. Da lì interpreta inclinazioni in avanti, indietro e lateralmente, oltre alle rotazioni del capo, traducendole in comandi di movimento.

Il secondo sistema funziona anche al buio

La seconda tecnologia segue un approccio completamente diverso.

In questo caso non è necessario riprendere il volto con una telecamera. La posizione della testa viene letta attraverso sensori Time of Flight, piccoli dispositivi che misurano la distanza tra il sensore e ciò che hanno davanti.

Il vantaggio è importante: possono funzionare anche in condizioni di buio o quando il volto è parzialmente coperto.

Il problema è interpretare correttamente i dati.

Capelli, forma del volto e modo di muoversi cambiano infatti da una persona all’altra, rendendo difficile utilizzare una semplice formula matematica.

Una rete neurale impara a riconoscere i movimenti

Per risolvere il problema entra in gioco l’intelligenza artificiale.

I dati raccolti dai sensori vengono interpretati attraverso una rete neurale ricorrente LSTM, progettata per analizzare non soltanto una singola misurazione, ma la successione dei segnali nel tempo.

Durante l’addestramento il sistema riceve migliaia di sequenze già associate ai reali movimenti della testa e impara a riconoscerne le caratteristiche.

Questo permette di distinguere un comando intenzionale da una variazione momentanea del segnale.

La rete neurale rende così utilizzabili sensori relativamente semplici ed economici che, presi singolarmente, non garantirebbero una precisione sufficiente.

Un piccolo movimento involontario non fa partire la carrozzina

Uno degli aspetti più delicati riguarda la sicurezza.

Una persona seduta non mantiene infatti la testa perfettamente immobile. Piccoli movimenti involontari non devono trasformarsi immediatamente in accelerazioni o sterzate.

Per questo entrambi i sistemi prevedono una zona neutra.

Gli spostamenti minimi attorno alla posizione di riposo non producono comandi. Superata quella soglia, la velocità aumenta progressivamente in funzione del movimento.

Un gesto improvviso del capo non viene quindi automaticamente trasformato in uno scatto altrettanto brusco della carrozzina.

Le prove su due carrozzine omnidirezionali

La tecnologia è stata validata su due diversi prototipi.

Il primo è MoviWE.Q, sviluppato al Politecnico di Torino. Il secondo è una carrozzina con sistema motor steering realizzata all’Institute of Science Tokyo.

La differenza rispetto a molte carrozzine elettriche tradizionali è importante.

Un modello convenzionale può avanzare, retrocedere e curvare. Per spostarsi lateralmente, ad esempio davanti a un ascensore o per avvicinarsi a un tavolo, deve eseguire più manovre.

Una carrozzina omnidirezionale può invece muoversi direttamente di lato, ruotare su sé stessa oppure combinare traslazione e rotazione.

È una libertà particolarmente utile negli spazi stretti, ma rende anche più complesso il sistema di comando.

Perché il controllo omnidirezionale è più difficile

Con una carrozzina tradizionale il conducente deve gestire essenzialmente due direzioni di movimento.

Quella omnidirezionale introduce un terzo grado di libertà.

Significa che l’interfaccia deve riuscire a comprendere contemporaneamente se l’utilizzatore vuole avanzare, ruotare oppure spostarsi lateralmente.

È proprio in questo contesto che il controllo con la testa diventa una prova particolarmente impegnativa.

Il sistema non deve soltanto riconoscere il gesto: deve trasformarlo in un movimento fluido e facilmente prevedibile da chi utilizza il mezzo.

I test hanno coinvolto 25 persone

Dopo le simulazioni negli ambienti Gazebo e ROS 2, il lavoro è passato alla sperimentazione.

Sono stati prima testati i sensori e successivamente è stata avviata una valutazione dell’usabilità con 25 partecipanti, impegnati a guidare le carrozzine lungo percorsi delimitati.

Come termine di confronto è stato utilizzato anche un joystick a tre assi.

Il sistema controllato con i movimenti del capo ha mostrato un lieve ritardo nella risposta, quantificato in circa mezzo secondo, ma anche un migliore disaccoppiamento dei comandi durante gli spostamenti laterali.

I questionari confermano l’intuitività del sistema

La sperimentazione non ha analizzato soltanto le prestazioni tecniche.

Ai partecipanti sono stati sottoposti anche strumenti standardizzati per valutare usabilità e carico richiesto durante l’utilizzo, tra cui System Usability Scale e NASA Task Load Index.

I risultati hanno indicato una buona intuitività delle due interfacce.

È un passaggio importante perché una tecnologia assistiva non deve soltanto funzionare dal punto di vista ingegneristico.

Deve poter essere utilizzata senza richiedere movimenti innaturali o un livello di concentrazione tale da renderla poco pratica nella vita quotidiana.

La tecnologia ha raggiunto TRL 6

La ricerca ha raggiunto il livello TRL 6.

La scala TRL, Technology Readiness Level, serve a descrivere quanto una tecnologia sia vicina a un utilizzo operativo.

Nel caso del progetto torinese, il risultato indica che i sistemi hanno superato la fase di semplice concetto o prototipo preliminare e sono già stati dimostrati in condizioni rilevanti.

Non significa che la carrozzina sia pronta per essere commercializzata immediatamente.

Il passaggio successivo riguarda infatti nuove sperimentazioni cliniche, necessarie per valutare i sistemi direttamente con le persone alle quali sono principalmente destinati. Il livello raggiunto apre inoltre alla possibilità di una futura integrazione commerciale nelle tecnologie assistive.

Una tecnologia pensata soprattutto per chi non può usare il joystick

L’obiettivo non è sostituire il joystick per tutti.

La ricerca nasce soprattutto per persone che, a causa di gravi limitazioni motorie, non riescono a controllare in modo efficace una carrozzina attraverso le mani.

Tetraplegia e patologie neuromuscolari avanzate sono tra le condizioni per le quali un’interfaccia di questo tipo potrebbe offrire una possibilità aggiuntiva di mobilità.

Il vantaggio del movimento della testa è che non richiede dispositivi invasivi e può essere adattato alla postura naturale della singola persona.

Una ricerca costruita tra Torino e Tokyo

Il progetto nasce anche dall’incontro di due percorsi di ricerca.

Il dottorato di Lorenzo Baglieri è stato il primo svolto in joint supervision tra il Politecnico di Torino e l’Institute of Science Tokyo.

La validazione ha coinvolto tecnologie sviluppate nei due Atenei e ha permesso di confrontare differenti soluzioni di controllo.

Il lavoro rientra nell’ambito della meccatronica, della robotica e delle tecnologie assistive e ha prodotto negli ultimi anni anche pubblicazioni dedicate alle interfacce hands-free e alle carrozzine omnidirezionali.

Dalla ricerca alla vita quotidiana, il prossimo passaggio

La Carrozzina elettrica Politecnico Torino 2026 non è ancora un prodotto destinato alla vendita.

Ma la ricerca ha superato una soglia importante.

Le due interfacce non sono rimaste soltanto modelli teorici: sono state integrate su carrozzine reali, sottoposte a test di navigazione e valutate da utenti in percorsi sperimentali.

Ora il passaggio decisivo sarà portare la tecnologia verso condizioni sempre più vicine all’utilizzo quotidiano.

Se i successivi test confermeranno affidabilità, precisione e facilità d’uso, il movimento della testa potrebbe diventare una delle alternative concrete al joystick per chi oggi incontra maggiori difficoltà nell’utilizzo delle carrozzine elettriche.

FAQ – Movimenti della testa e carrozzina elettrica: come funziona