Sistema basado en imanes ayuda a las personas a controlar la robótica wearable

Un equipo de investigadores del MIT ha desarrollado una forma innovadora de monitorear los movimientos musculares. Según el equipo, este nuevo sistema hará que sea más fácil para las personas controlar las extremidades prostéticas y otros dispositivos robóticos wearables.

Se publicaron dos artículos de investigación en la revista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

El sistema basado en imanes se demostró ser altamente preciso y seguro, y puede rastrear la longitud de los músculos durante el movimiento. El equipo realizó estudios en animales y demostró que la estrategia podría ser utilizada para ayudar a las personas con dispositivos prostéticos a controlarlos de una manera más natural.

Cameron Taylor es un científico de investigación del MIT y coautor principal de la investigación.

“Estos resultados recientes demuestran que esta herramienta se puede utilizar fuera del laboratorio para rastrear el movimiento muscular durante la actividad natural, y también sugieren que los implantes magnéticos son estables y biocompatibles y que no causan molestias”, dice Taylor.

Medición de músculos durante movimientos naturales

La investigación mostró que podrían medir con precisión las longitudes de los músculos de los muslos de los pavos mientras realizaban varios movimientos naturales como correr y saltar. Medieron esto con pequeñas cuentas magnéticas, que se demostró que no causaban inflamación ni otros efectos adversos después de ser implantadas en el músculo.

Hugh Herr es profesor de arte y ciencias de los medios, codirector del Centro K. Lisa Yang para la Biónica en el MIT y miembro asociado del Instituto de Investigación del Cerebro McGovern del MIT.

“Estoy muy emocionado por el potencial clínico de esta nueva tecnología para mejorar el control y la eficacia de las extremidades biónicas para las personas con pérdida de extremidades”, dice Herr.

Las extremidades prostéticas actuales suelen controlarse con un enfoque llamado electromiografía de superficie (EMG). En este enfoque, los electrodos conectados a la superficie de la piel o implantados en el músculo residual de la extremidad amputada pueden medir las señales eléctricas de los músculos de una persona. Estas mediciones se alimentan luego en la prótesis para ayudar a la persona a controlarla.

El enfoque de EMG tiene algunas limitaciones. Por un lado, no tiene en cuenta ninguna información sobre la longitud o la velocidad muscular, ambas de las cuales podrían hacer que los movimientos de la prótesis sean más precisos.

Estrategia de magnetomicrometría

La estrategia del equipo del MIT se basa en un enfoque llamado magnetomicrometría, que aprovecha los campos magnéticos permanentes que rodean las pequeñas cuentas implantadas en un músculo. Un pequeño sensor se conecta al exterior del cuerpo, y el sistema puede rastrear las distancias entre los dos imanes. Los imanes se acercan cuando un músculo se contrae y se alejan cuando se flexiona.

Los investigadores demostraron que este sistema podría medir con precisión los movimientos naturales en un entorno no de laboratorio. Lograron esto creando un obstáculo de rampas que los pavos podían subir. También construyeron cajas para que los pavos saltaran hacia arriba y hacia abajo. Con el sensor magnético, el equipo podía rastrear los movimientos musculares durante las actividades y concluyeron que el sistema podría calcular las longitudes musculares en menos de un milisegundo.

El nuevo sistema es mucho más eficiente que el enfoque tradicional que depende de equipos de rayos X de gran tamaño.

“Podemos proporcionar funcionalidad de seguimiento de la longitud muscular del equipo de rayos X de tamaño de habitación utilizando un paquete mucho más pequeño y portátil, y podemos recopilar los datos de forma continua en lugar de estar limitados a los 10 segundos de ráfagas que es limitado a la fluoromicrometría”, dice Taylor.

No hay efectos negativos ni perjudiciales

En un segundo estudio relacionado con la investigación, el equipo encontró que los imanes no generaban cicatrices de tejido, inflamación ni otros efectos perjudiciales. También sugirió que los imanes implantados no causaban molestias a los pavos.

Los implantes se mostraron estables durante ocho meses, y no migraron hacia cada otro siempre que se colocaran al menos a tres centímetros de distancia.

“Los imanes no requieren una fuente de alimentación externa, y después de implantarlos en el músculo, pueden mantener la fuerza total de su campo magnético durante toda la vida del paciente”, dice Taylor.

Los investigadores ahora buscarán obtener la aprobación de la FDA para probar el sistema en humanos.

“El lugar donde esta tecnología llena una necesidad es en la comunicación de esas longitudes y velocidades musculares a un robot wearable, para que el robot pueda realizar de una manera que funcione en conjunto con el humano”, dice Taylor. “Esperamos que la magnetomicrometría permita a una persona controlar un robot wearable con el mismo nivel de comodidad y facilidad con que alguien controlaría su propia extremidad”.