Système basé sur le magnétisme pour aider les personnes à contrôler la robotique portable

Une équipe de chercheurs du MIT a développé une méthode innovante pour surveiller les mouvements musculaires. Selon l’équipe, ce nouveau système facilitera le contrôle des membres prothétiques et d’autres appareils robotiques portables.

Deux articles de recherche ont été publiés dans la revue Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Le système basé sur le magnétisme s’est avéré être très précis et sûr, et il peut suivre la longueur des muscles pendant le mouvement. L’équipe a effectué des études sur des animaux et a démontré que la stratégie pourrait être utilisée pour aider les personnes ayant des dispositifs prothétiques à les contrôler de manière plus naturelle.

Cameron Taylor est un scientifique de recherche du MIT et co-auteur principal de la recherche.

« Ces résultats récents démontrent que cet outil peut être utilisé en dehors du laboratoire pour suivre le mouvement musculaire pendant l’activité naturelle, et ils suggèrent également que les implants magnétiques sont stables et biocompatibles et qu’ils ne causent pas de gêne », a déclaré Taylor.

Mesure des muscles pendant les mouvements naturels

La recherche a montré qu’ils pouvaient mesurer avec précision les longueurs des muscles des mollets de dindes alors qu’elles effectuaient divers mouvements naturels comme la course et le saut. Ils ont mesuré ces mouvements à l’aide de petites perles magnétiques, qui n’ont pas été trouvées pour causer d’inflammation ou d’autres effets secondaires après avoir été implantées dans le muscle.

Hugh Herr est professeur des arts et des sciences des médias, co-directeur du Centre K. Lisa Yang pour la bionique au MIT, et membre associé de l’Institut de recherche sur le cerveau McGovern du MIT.

« Je suis très enthousiaste pour le potentiel clinique de cette nouvelle technologie pour améliorer le contrôle et l’efficacité des membres bioniques pour les personnes ayant subi une amputation », déclare Herr.

Les membres prothétiques actuels sont généralement contrôlés à l’aide d’une approche appelée électromyographie de surface (EMG). Dans cette approche, des électrodes attachées à la surface de la peau ou implantées dans le muscle résiduel du membre amputé peuvent mesurer les signaux électriques des muscles d’un individu. Ces mesures sont ensuite transmises à la prothèse pour aider la personne à la contrôler.

L’approche EMG a certaines limites. Tout d’abord, elle ne prend pas en compte les informations sur la longueur ou la vitesse du muscle, qui pourraient rendre les mouvements prothétiques plus précis.

Stratégie de magnéto-micrométrie

La stratégie de l’équipe du MIT repose sur une approche appelée magnéto-micrométrie, qui utilise les champs magnétiques permanents entourant les petites perles implantées dans un muscle. Un petit capteur est attaché à l’extérieur du corps, et le système peut suivre les distances entre les deux aimants. Les aimants se rapprochent lorsqu’un muscle se contracte et s’éloignent lorsqu’il se détend.

Les chercheurs ont démontré que ce système pouvait mesurer avec précision les mouvements naturels dans un environnement non laboratoire. Ils ont réalisé cela en créant tout d’abord un parcours d’obstacles de rampes que les dindes pouvaient gravir. Ils ont également construit des boîtes pour que les dindes puissent sauter dessus et dessous. Avec le capteur magnétique, l’équipe a pu suivre les mouvements musculaires pendant les activités, et ils ont conclu que le système pouvait calculer les longueurs musculaires en moins d’une milliseconde.

Le nouveau système est beaucoup plus efficace que l’approche traditionnelle qui repose sur de grands équipements de rayons X.

« Nous sommes capables de fournir une fonctionnalité de suivi de la longueur musculaire de l’équipement de rayons X de la taille d’une pièce à l’aide d’un paquet beaucoup plus petit et portable, et nous sommes capables de collecter les données en continu au lieu d’être limités aux rafales de 10 secondes que la fluoromicrométrie est limitée », déclare Taylor.

Aucun effet négatif ou nocif

Dans une deuxième étude liée à la recherche, l’équipe a constaté que les aimants ne généraient pas de cicatrices tissulaires, d’inflammation ou d’autres effets nocifs. Elle a également suggéré que les implants magnétiques n’ont pas causé de gêne pour les dindes.

Les implants ont été montrés pour rester stables pendant huit mois, et ils n’ont pas migré les uns vers les autres tant qu’ils étaient placés à au moins trois centimètres d’intervalle.

« Les aimants n’ont pas besoin d’une source d’alimentation externe, et après les avoir implantés dans le muscle, ils peuvent maintenir la pleine force de leur champ magnétique tout au long de la vie du patient », déclare Taylor.

Les chercheurs vont maintenant chercher à obtenir l’approbation de la FDA pour tester le système chez l’homme.

« L’endroit où cette technologie remplit un besoin est dans la communication de ces longueurs et vitesses musculaires à un robot portable, afin que le robot puisse fonctionner d’une manière qui travaille en tandem avec l’humain », déclare Taylor. « Nous espérons que la magnéto-micrométrie permettra à une personne de contrôler un robot portable avec le même niveau de confort et la même facilité qu’une personne contrôlerait son propre membre. »