نظام قائم على المغناطيس يساعد الأشخاص في التحكم في الروبوتات القابلة للارتداء

فريق من الباحثين في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طور طريقة مبتكرة لمراقبة حركات العضلات. وفقًا للفريق ، فإن هذا النظام الجديد سوف يسهل على الأشخاص التحكم في الأطراف الاصطناعية وأجهزة الروبوتات القابلة للارتداء الأخرى.

نشرت ورقتان بحثيتان في مجلة Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

ثبت أن نظام قائم على المغناطيس كان دقيقًا وآمنًا ، ويمكنه تتبع طول العضلات أثناء الحركة. قام الفريق بدراسات على الحيوانات وأثبت أن الاستراتيجية يمكن أن تستخدم لمساعدة الأفراد الذين لديهم أجهزة اصطناعية على التحكم فيها بطريقة أكثر طبيعية.

كاميرون تايلور هو عالم أبحاث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا وشارك في تأليف البحث.

“تظهر هذه النتائج الحديثة أن هذا الأداة يمكن استخدامها خارج المختبر لتتبع حركة العضلات أثناء النشاط الطبيعي ، وأنه يُظهر أيضًا أن الغرسات المغناطيسية مستقرة ومتوافقة حيوياً ولا تسبب ألماً” ، يقول تايلور.

قياس العضلات أثناء الحركات الطبيعية

أظهر البحث أنهم يمكنون قياس أطوال عضلات الفخذ للديوك أثناء أداء حركات طبيعية مختلفة مثل الجري والقفز. قاسوا هذه الحركات باستخدام حبات مغناطيسية صغيرة ، والتي أظهرت أنها لا تسبب التهابا أو آثارا ضارة أخرى بعد الغرس في العضلة.

هيو هير هو أستاذ في الفنون الإعلامية والعلوم ، ومدير مشارك لمركز ك. ليزا يانغ للبايونيك في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، وعضو مشارك في معهد ماكغفرن للأبحاث العصبية.

“أنا متحمس جدًا للpotential الإكلينيكي لهذه التكنولوجيا الجديدة لتحسين التحكم وفعالية الأطراف البايونية للأشخاص الذين فقدوا الأطراف” ، يقول هير.

الأطراف الاصطناعية المفعلة حاليًا يتم التحكم فيها عادةً باستخدام نهج يسمى تخطيط كهربي سطحي (EMG). في هذا النهج ، يتم تثبيت أقطاب على سطح الجلد أو غرسها في العضلة المتبقية للطرف المقطوع ، ويمكنها قياس الإشارات الكهربائية من عضلات الفرد. ثم يتم إدخال هذه القياسات إلى الأطراف الاصطناعية لمساعدة الشخص على التحكم فيها.

نهج EMG له بعض القيود. أولاً ، لا يأخذ في الاعتبار أي معلومات حول طول العضلة أو سرعتها ، وكلاهما يمكن أن يجعل حركات الأطراف الاصطناعية أكثر دقة.

استراتيجية المغناطيسية الدقيقة

تعتمد استراتيجية فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا على نهج يسمى المغناطيسية الدقيقة ، الذي يعتمد على الحقول المغناطيسية الدائمة المحيطة بالحبات الصغيرة المغرسة في العضلة. يتم تثبيت مستشعر صغير على外 الجسم ، ويمكن للنظام تتبع المسافات بين المغناطيسين. يتحرك المغناطيسان أقرب معًا عندما تتعاقد العضلة ، وأبعد عندما تمد.

أثبت الباحثون أن هذا النظام يمكنه قياس الحركات الطبيعية بدقة في بيئة غير مختبرية. لقد حققوا ذلك من خلال إنشاء مسار عقبات من الرامبات التي يمكن للديوك تسلقها. كما بنوا صناديق للديوك للقفز عليها والقفز منها. باستخدام المستشعر المغناطيسي ، يمكن للفريق تتبع حركات العضلات أثناء الأنشطة ، وخلصت إلى أن النظام يمكنه حساب أطوال العضلات في أقل من ملي ثانية.

النظام الجديد أكثر كفاءة من النهج التقليدي الذي يعتمد على معدات الأشعة السينية الكبيرة.

“نحن قادرون على توفير وظيفة تتبع طول العضلات من معدات الأشعة السينية الحجم الغرفة باستخدام حزمة أكثر صغرًا وسهولة الحمل ، ونحن قادرون على جمع البيانات بشكل مستمر بدلاً من أن يكون لدينا قيود لمدة 10 ثواني مثل فلوروميكرومتري” ، يقول تايلور.

لا توجد آثار سلبية أو ضارة

في دراسة ثانية تتعلق بالبحث ، وجد الفريق أن المغناطيس لا يولّد تليفًا أو التهابًا أو آثارًا ضارة أخرى. كما أظهر أن المغناطيسات الغرسية لا تسبب أي ألم للديوك.

أثبتت الغرسات أنها تظل مستقرة لمدة ثمانية أشهر ، ولم تهاجر تجاه بعضها البعض طالما تم وضعها على расстояس لا يقل عن ثلاثة سنتيمترات.

“المغناطيس لا يحتاج إلى مصدر طاقة خارجي ، وبعد غرسه في العضلة ، يمكنه الحفاظ على قوة مجاله المغناطيسي الكاملة طوال فترة حياة المريض” ، يقول تايلور.

سيبحث الباحثون الآن للحصول على موافقة إدارة الأغذية والأدوية الأمريكية لاختبار النظام على البشر.

“المكان الذي يملأ فيه هذا التكنولوجيا حاجة هو في التواصل مع أطوال العضلات وسرعاتها إلى روبوت قابل للارتداء ، بحيث يمكن للروبوت أن يعمل بطريقة تعمل مع الإنسان” ، يقول تايلور. “نأمل أن تتيح المغناطيسية الدقيقة للأشخاص التحكم في روبوت قابل للارتداء بنفس مستوى الراحة ونفس السهولة التي يمكنهم التحكم فيها لذراعهم الخاصة”.