A mágneses alapú rendszer segít az embereknek irányítani a viselhető robotokat

Az MIT kutatócsoportja innovatív módszert fejlesztett ki az izommozgások nyomon követésére. A csapat szerint ez az új rendszer megkönnyíti az emberek számára a végtagprotézisek és más hordható roboteszközök vezérlését.

A folyóiratban két kutatás jelent meg A biomérnöki és biotechnológiai határok. 

A mágneses rendszer bizonyítottan rendkívül pontos és biztonságos, és mozgás közben követni tudja az izmok hosszát. A csapat állatokon végzett vizsgálatokat, és bebizonyította, hogy a stratégia felhasználható arra, hogy segítsen a protézisekkel rendelkező egyéneknek természetesebb módon irányítani őket.

Cameron Taylor az MIT kutatója és a kutatás társszerzője.

"Ezek a közelmúltbeli eredmények azt mutatják, hogy ez az eszköz a laboratóriumon kívül is használható az izommozgások nyomon követésére a természetes tevékenység során, és azt is sugallják, hogy a mágneses implantátumok stabilak és biokompatibilisek, és nem okoznak kellemetlenséget" - mondta Taylor. 

Izmok mérése természetes mozgások során

A kutatás kimutatta, hogy pontosan meg tudták mérni a pulykák vádli izomzatának hosszát, miközben különféle természetes mozgásokat, például futást és ugrást hajtottak végre. Ezeket kis mágneses gyöngyökkel mérték, amelyekről kimutatták, hogy az izomba ültetés után nem okoznak gyulladást vagy egyéb káros hatásokat. 

Hugh Herr a médiaművészetek és -tudományok professzora, az MIT K. Lisa Yang Bionikai Központjának társigazgatója, valamint az MIT McGovern Institute for Brain Research társult tagja. 

„Nagyon izgatott vagyok az új technológiában rejlő klinikai lehetőségek miatt, amelyek javítják a bionikus végtagok szabályozását és hatékonyságát a végtagvesztéssel küzdő személyek esetében” – mondja Herr. 

Az aktuálisan működő protézis végtagokat általában a felszíni elektromiográfiának (EMG) nevezett megközelítéssel szabályozzák. Ebben a megközelítésben a bőr felületére rögzített vagy az amputált végtag maradék izomzatába ültetett elektródák képesek mérni az egyén izmainak elektromos jeleit. Ezeket a méréseket azután a protézisbe táplálják, hogy segítsenek a személynek ellenőrizni azt. 

Az EMG megközelítésnek vannak bizonyos korlátai. Egyrészt nem vesz figyelembe semmilyen információt az izom hosszáról vagy sebességéről, mindkettő pontosabbá teheti a protetikai mozgásokat. 

Magnetomikrometriás stratégia

Az MIT csapat stratégiája a magnetomikrometriának nevezett megközelítésen alapul, amely kihasználja az izomba ültetett kis gyöngyöket körülvevő állandó mágneses mezőket. A test külsejére egy kis szenzor van rögzítve, és a rendszer követni tudja a két mágnes közötti távolságot. A mágnesek közelebb kerülnek egymáshoz, amikor egy izom összehúzódik, és távolabb kerül egymástól, amikor meghajlik. 

A kutatók bebizonyították, hogy ez a rendszer nem laboratóriumi körülmények között is pontosan képes mérni a természetes mozgásokat. Ezt úgy érték el, hogy először egy rámpákból álló akadálypályát készítettek, amelyen a pulykák fel tudtak mászni. Dobozokat is építettek a pulykáknak, hogy fel- és leugorhassanak. A mágneses érzékelővel a csapat nyomon követhette az izommozgásokat a tevékenységek során, és arra a következtetésre jutottak, hogy a rendszer kevesebb mint egy ezredmásodperc alatt képes kiszámítani az izomhosszt. 

Az új rendszer sokkal hatékonyabb, mint a hagyományos megközelítés, amely nagy röntgenberendezésekre támaszkodik. 

"Sokkal kisebb, hordozható csomaggal tudjuk biztosítani a szoba méretű röntgenberendezés izomhosszú követési funkcióját, és folyamatosan gyűjtjük az adatokat ahelyett, hogy a 10 másodperces sorozatokra korlátoznánk. a fluoromikrometika erre korlátozódik” – mondja Taylor. 

Nincsenek negatív vagy káros hatások

A kutatáshoz kapcsolódó második tanulmányban a csapat megállapította, hogy a mágnesek nem okoznak szöveti hegesedést, gyulladást vagy egyéb káros hatásokat. Arra is utalt, hogy a beültetett mágnesek nem okoztak kellemetlenséget a pulykáknak. 

Kimutatták, hogy az implantátumok nyolc hónapig stabilak maradtak, és nem vándoroltak egymás felé mindaddig, amíg legalább három centiméterre helyezték el őket. 

"A mágneseknek nincs szükségük külső áramforrásra, és miután beültették őket az izomba, képesek fenntartani a mágneses terük teljes erejét a páciens élete során" - mondja Taylor. 

A kutatók most arra törekednek, hogy megkapják az FDA jóváhagyását a rendszer embereken történő teszteléséhez. 

„Az a hely, ahol ez a technológia kielégíti az igényt, az az izomhosszak és -sebességek közlése egy hordható robotnak, hogy a robot úgy tudjon teljesíteni, hogy az emberrel párhuzamosan működjön” – mondja Taylor. "Reméljük, hogy a magnetomikrometria lehetővé teszi, hogy egy hordható robot ugyanolyan kényelmi szinten és könnyedén vezérelhessen, mint ahogyan valaki a saját végtagját irányítaná."