Magnetický systém pomáhá lidem ovládat nositelnou robotiku

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

Byly zveřejněny dvě výzkumné studie v časopise Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Magnetický systém se ukázal jako velmi přesný a bezpečný a může sledovat délku svalů během pohybu. Tým provedl studie na zvířatech a prokázal, že tato strategie může být použita k pomoci lidem s protézami ovládat je přirozenějším způsobem.

Cameron Taylor je výzkumný pracovník MIT a spoluautor výzkumu.

„Tyto recentní výsledky prokazují, že tento nástroj lze použít mimo laboratoř pro sledování pohybů svalů během přirozené činnosti, a také naznačují, že magnetické implantáty jsou stabilní a biokompatibilní a že nezpůsobují žádné nepohodlí,“ řekl Taylor.

Měření svalů během přirozených pohybů

Výzkum prokázal, že lze přesně měřit délky svalů krocanů během různých přirozených pohybů, jako je běh a skok. Tyto délky byly měřeny pomocí malých magnetických korálků, které se ukázaly jako nezpůsobující zánět nebo jiné nepříznivé účinky po implantaci do svalu.

Hugh Herr je profesor médií a věd, spolueditor centra K. Lisa Yang Center for Bionics na MIT a přidružený člen McGovernova institutu pro výzkum mozku na MIT.

„Jsem velmi nadšený z klinického potenciálu této nové technologie pro zlepšení ovládání a účinnosti bionických končetin pro osoby s amputovanými končetinami,“ říká Herr.

Současné ovládání protéz obvykle využívá přístup zvaný povrchová elektromyografie (EMG). Tento přístup využívá elektrody připojené k povrchu kůže nebo implantované do zbytku svalu amputované končetiny, které měří elektrické signály z svalů jedince. Tyto měření jsou pak zpracována do protézy, aby osoba mohla ovládat.

Přístup EMG má některé omezení. Jedním z nich je, že nebere v úvahu žádné informace o délce nebo rychlosti svalů, které by mohly učinit pohyby protézy přesnější.

Strategie magnetomikrometrie

Tým z MIT využívá strategii zvanou magnetomikrometrie, která využívá permanentních magnetických polí kolem malých korálků implantovaných do svalu. Malý senzor je připojen k vnější straně těla a systém může sledovat vzdálenosti mezi dvěma magnety. Magnety se pohybují blíže k sobě, když se sval stahuje, a dále od sebe, když se sval uvolňuje.

Výzkumníci prokázali, že tento systém může přesně měřit přirozené pohyby v nelaboratorním prostředí. Tohoto byli schopni dosáhnout vytvořením překážkového kurzu pro krocanů, které mohly lézt. Také postavili krabice, na které krocani mohli skákat. S magnetickým senzorem mohli tým sledovat pohyby svalů během aktivit a dospěli k závěru, že systém může vypočítat délky svalů za méně než milisekundu.

Nový systém je mnohem účinnější než tradiční přístup, který využívá velké rentgenové zařízení.

„Jsme schopni poskytnout funkci sledování délky svalů pomocí zařízení velikosti místnosti, místo velkých rentgenových zařízení, a jsme schopni sbírat data kontinuálně, místo omezení na 10sekundové intervaly, které jsou limitovány fluoromikrometrií,“ říká Taylor.

Žádné negativní nebo škodlivé účinky

Ve druhé studii související s výzkumem tým nalezl, že magnety nezpůsobují tkáňové jizvy, záněty nebo jiné škodlivé účinky. Také se ukázalo, že implantované magnety nezpůsobují žádné nepohodlí pro krocanů.

Implantáty se ukázaly jako stabilní po dobu osmi měsíců a ne migrovaly směrem k sobě, pokud byly umístěny alespoň tři centimetry od sebe.

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

Výzkumníci se nyní pokusí získat schválení FDA pro testování systému u lidí.

„Místo, kde tato technologie vyplňuje potřebu, je v komunikaci délek a rychlostí svalů s nositelným robotem, aby robot mohl fungovat v souladu s člověkem,“ říká Taylor. „Doufáme, že magnetomikrometrie umožní osobě ovládat nositelného robota se stejnou úrovní pohodlí a snadnosti, jako kdyby ovládala svou vlastní končetinu.“