Magnetický systém pomáhá lidem ovládat nositelnou robotiku

Tým výzkumníků z MIT vyvinul inovativní způsob sledování svalových pohybů. Podle týmu tento nový systém lidem usnadní ovládání protetických končetin a dalších nositelných robotických zařízení.

V časopise byly publikovány dvě výzkumné práce Hranice v bioinženýrství a biotechnologii. 

Magnetický systém se ukázal jako vysoce přesný a bezpečný a dokáže sledovat délku svalů během pohybu. Tým provedl studie na zvířatech a prokázal, že tuto strategii lze použít k tomu, aby pomohla jedincům s protetickými pomůckami ovládat je přirozenějším způsobem.

Cameron Taylor je vědeckým pracovníkem MIT a spoluautorem výzkumu.

"Tyto nedávné výsledky ukazují, že tento nástroj lze použít mimo laboratoř ke sledování pohybu svalů během přirozené aktivity, a také naznačují, že magnetické implantáty jsou stabilní a biokompatibilní a že nezpůsobují nepohodlí," řekl Taylor. 

Měření svalů během přirozených pohybů

Výzkum ukázal, že dokázali přesně změřit délku lýtkových svalů krůt, když prováděli různé přirozené pohyby, jako je běh a skákání. Měřili je pomocí malých magnetických kuliček, u kterých bylo prokázáno, že po implantaci do svalu nezpůsobují zánět ani jiné nepříznivé účinky. 

Hugh Herr je profesorem mediálních umění a věd, spoluředitelem K. Lisa Yang Center for Bionics na MIT a přidruženým členem McGovern Institute for Brain Research na MIT. 

„Jsem velmi nadšený z klinického potenciálu této nové technologie zlepšit kontrolu a účinnost bionických končetin u osob se ztrátou končetin,“ říká Herr. 

Protetické končetiny poháněné proudem jsou obvykle ovládány přístupem nazývaným povrchová elektromyografie (EMG). Při tomto přístupu jsou elektrody připojené k povrchu kůže nebo implantované do zbytkového svalu amputované končetiny schopny měřit elektrické signály ze svalů jedince. Tato měření jsou pak přiváděna do protézy, aby pomohla osobě ji ovládat. 

EMG přístup má určitá omezení. Za prvé, nezohledňuje žádnou informaci o délce nebo rychlosti svalu, což by mohlo zpřesnit protetické pohyby. 

Strategie magnetomikrometrie

Strategie týmu MIT se opírá o přístup zvaný magnetomikrometrie, který využívá permanentní magnetická pole obklopující malé kuličky implantované do svalu. Na vnější straně těla je připevněn malý senzor a systém dokáže sledovat vzdálenosti mezi dvěma magnety. Magnety se při smršťování svalu přibližují k sobě a při ohýbání se od sebe vzdalují. 

Výzkumníci prokázali, že tento systém dokáže přesně měřit přirozené pohyby v nelaboratorním prostředí. Dosáhli toho tak, že nejprve vytvořili překážkovou dráhu z ramp, po které by krůty mohly šplhat. Také postavili boxy pro krůty, aby naskočily a seskočily. Pomocí magnetického senzoru mohl tým sledovat pohyby svalů během aktivit a dospěli k závěru, že systém dokáže vypočítat délku svalů za méně než milisekundu. 

Nový systém je mnohem efektivnější než tradiční přístup, který se opírá o velké rentgenové zařízení. 

„Jsme schopni poskytnout funkci sledování délky svalů u rentgenového zařízení o velikosti místnosti pomocí mnohem menšího přenosného balíčku a jsme schopni shromažďovat data nepřetržitě, místo abychom byli omezeni na 10sekundové dávky, které fluoromikrometrie je omezena na,“ říká Taylor. 

Žádné negativní nebo škodlivé účinky

Ve druhé studii související s výzkumem tým zjistil, že magnety nevytvářely zjizvení tkáně, záněty nebo jiné škodlivé účinky. Také to naznačovalo, že implantované magnety nezpůsobují krůtům žádné nepohodlí. 

Ukázalo se, že implantáty zůstaly stabilní po dobu osmi měsíců a nemigrovaly k sobě, pokud byly umístěny alespoň tři centimetry od sebe. 

„Magnety nevyžadují externí zdroj energie a po implantaci do svalu si mohou zachovat plnou sílu svého magnetického pole po celou dobu života pacienta,“ říká Taylor. 

Vědci se nyní budou snažit získat souhlas FDA k testování systému na lidech. 

„Místo, kde tato technologie naplňuje potřebu, je sdělovat tyto délky svalů a rychlosti nositelnému robotu, aby robot mohl fungovat způsobem, který funguje v tandemu s člověkem,“ říká Taylor. "Doufáme, že magnetomikrometrie umožní člověku ovládat nositelného robota se stejnou úrovní pohodlí a stejně snadno, jako by někdo ovládal svou vlastní končetinu."