Μαγνητική Σύστημα Βοηθά τους Ανθρώπους να Ελέγχουν Φορητές Ρομποτικές

Μια ομάδα ερευνητών στο MIT έχει αναπτύξει einen καινοτόμο τρόπο για να παρακολουθεί τις κινήσεις των μυών. Σύμφωνα με την ομάδα, αυτό το νέο σύστημα θα κάνει ευκολότερο για τους ανθρώπους να ελέγχουν τις προθέσεις και άλλα φορητά ρομποτικά συσκευές.

Δύο ερευνητικές εργασίες δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Το μαγνητικό σύστημα αποδείχθηκε ότι είναι εξαιρετικά ακριβές και ασφαλές, και μπορεί να παρακολουθήσει το μήκος των μυών κατά τη διάρκεια της κίνησης. Η ομάδα πραγματοποίησε μελέτες σε ζώα και απέδειξε ότι η στρατηγική θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τους ανθρώπους με προθέσεις να τις ελέγχουν με πιο φυσικό τρόπο.

Ο Cameron Taylor είναι ερευνητικός επιστήμονας στο MIT και συν-συγγραφέας της έρευνας.

“Αυτά τα πρόσφατα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι αυτό το εργαλείο μπορεί να χρησιμοποιηθεί έξω από το εργαστήριο για να παρακολουθήσει τις κινήσεις των μυών κατά τη διάρκεια της φυσικής δραστηριότητας, και επίσης υποδηλώνουν ότι τα μαγνητικά εμφυτεύματα είναι σταθερά και βιοσυμβατά και δεν προκαλούν δυσφορία,” είπε ο Taylor.

Μέτρηση Μυών Κατά τη Διάρκεια Φυσικών Κινήσεων

Η έρευνα έδειξε ότι μπορούσαν να μετρήσουν με ακρίβεια τα μήκη των μυών των γαλοπούλων κατά τη διάρκεια διαφόρων φυσικών κινήσεων, όπως τρέχοντας και πηδώντας. Μέτρησαν αυτά με μικρές μαγνητικές σφαίρες, οι οποίες αποδείχθηκαν ότι δεν προκαλούσαν φλεγμονή ή άλλες ανεπιθύμητες επιπτώσεις μετά την εμφύτευση στο μυ.

Ο Hugh Herr είναι καθηγητής των μέσων ενημέρωσης και επιστημών, συν-διευθυντής του Κέντρου Bionics του MIT και συνεργάτης μέλος του Ινστιτούτου Ερευνών του Εγκέφαλου του MIT.

“Είμαι πολύ ενθουσιασμένος για το κλινικό δυναμικό αυτής της νέας τεχνολογίας για να βελτιώσει τον έλεγχο και την αποτελεσματικότητα των βιονικών άκρων για τους ανθρώπους με απώλεια άκρων,” λέει ο Herr.

Τα τρέχοντα ενεργοποιημένα προθέσεις ελέγχονται συνήθως με μια προσέγγιση που ονομάζεται επιφανειακή ηλεκτρομυογραφία (EMG). Σε αυτήν την προσέγγιση, ηλεκτρόδια που είναι συνδεδεμένα στην επιφάνεια του δέρματος ή εμφυτεύονται στο υπόλοιπο μυ του ακρωτηριασμένου άκρου μπορούν να μετρήσουν ηλεκτρικά σήματα από τους μυς του ατόμου. Αυτά τα μέτρηματά εισάγονται στη πρόθεση για να βοηθήσουν το άτομο να την ελέγξει.

Η προσέγγιση EMG έχει κάποια όρια. Για παράδειγμα, δεν λαμβάνει υπόψη καμία πληροφορία σχετικά με το μήκος ή την ταχύτητα του μυός, τα οποία θα μπορούσαν να κάνουν τις κινήσεις της πρόθεσης πιο ακριβείς.

Στρατηγική Magnetomicrometry

Η στρατηγική της ομάδας του MIT βασίζεται σε μια προσέγγιση που ονομάζεται magnetomicrometry, η οποία αξιοποιεί τα μόνιμα μαγνητικά πεδία που περιβάλλουν τις μικρές μαγνητικές σφαίρες που εμφυτεύονται σε einen μυ. Ένας μικρός αισθητήρας είναι συνδεδεμένος στην εξωτερική πλευρά του σώματος, και το σύστημα μπορεί να παρακολουθήσει τις αποστάσεις μεταξύ των δύο μαγνητών. Οι μαγνήτες κινούνται πιο κοντά όταν ένας μυός συστέλλεται και πιο μακριά όταν διαστέλλεται.

Οι ερευνητές απέδειξαν ότι αυτό το σύστημα θα μπορούσε να μετρήσει με ακρίβεια τις φυσικές κινήσεις σε ένα μη εργαστηριακό περιβάλλον. Αυτό το επιτύχαιναν δημιουργώντας ένα εμπόδιο από ράμπες, τις οποίες οι γαλοπούλες θα μπορούσαν να ανεβούν. Επίσης, κατασκεύασαν κουτιά για τις γαλοπούλες να πηδήξουν πάνω και κάτω. Με τον μαγνητικό αισθητήρα, η ομάδα θα μπορούσε να παρακολουθήσει τις κινήσεις των μυών κατά τη διάρκεια των δραστηριοτήτων, και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι το σύστημα θα μπορούσε να υπολογίσει τα μήκη των μυών σε λιγότερο από ένα χιλιοστό του δευτερολέπτου.

Το νέο σύστημα είναι πολύ πιο αποτελεσματικό από την παραδοσιακή προσέγγιση που βασίζεται σε μεγάλα ακτινογραφικά μηχανήματα.

“Είμαστε σε θέση να παρέχουμε λειτουργικότητα παρακολούθησης μήκους μυός της συσκευής X-ray που είναι μεγέθους δωματίου, χρησιμοποιώντας ένα πολύ μικρότερο, φορητό πακέτο, και είμαστε σε θέση να συλλέγουμε τα δεδομένα συνεχώς αντί να περιοριζόμαστε σε σπάνιες 10 δευτερόλεπτα που η fluoromicrometry περιορίζεται,” λέει ο Taylor.

Χωρίς Αρνητικές ή Βλαπτικές Επιπτώσεις

Σε μια δεύτερη μελέτη που σχετίζεται με την έρευνα, η ομάδα βρήκε ότι οι μαγνήτες δεν παρήγαγαν ιστιακή σκλήρυνση, φλεγμονή ή άλλες βλαπτικές επιπτώσεις. Επίσης, υποδήλωσε ότι τα εμφυτεύματα μαγνητών δεν προκάλεσαν δυσφορία στις γαλοπούλες.

Τα εμφυτεύματα αποδείχθηκαν ότι παρέμειναν σταθερά για οκτώ μήνες, και δεν μετανάστευσαν ο ένας προς τον άλλον όσο ήταν τοποθετημένα τουλάχιστον τρία εκατοστά μακριά.

“Οι μαγνήτες δεν απαιτούν εξωτερική πηγή ενέργειας, και μετά την εμφύτευσή τους στο μυ, μπορούν να διατηρήσουν τη πλήρη δύναμη του μαγνητικού τους πεδίου καθ’ όλη τη διάρκεια της ζωής του ασθενούς,” λέει ο Taylor.

Οι ερευνητές θα αναζητήσουν τώρα την έγκριση της FDA για να δοκιμάσουν το σύστημα σε ανθρώπους.

“Ο χώρος όπου αυτή η τεχνολογία καλύπτει μια ανάγκη είναι στην επικοινωνία αυτών των μήκων και ταχυτήτων μυών σε einen φορητό ρομποτικό, ώστε ο ρομποτικός να μπορεί να εκτελέσει με έναν τρόπο που συνεργάζεται με τον άνθρωπο,” λέει ο Taylor. “Ελπίζουμε ότι η magnetomicrometry θα επιτρέψει σε ένα άτομο να ελέγχει einen φορητό ρομποτικό με το ίδιο επίπεδο άνεσης και ευκολίας όπως θα ελέγχει το δικό του άκρο.”