Sistem Berbasis Magnet Membantu Orang Mengontrol Robotik yang Dapat Dikenakan

Tim peneliti di MIT telah mengembangkan cara inovatif untuk memantau gerakan otot. Menurut tim, sistem baru ini akan membuat orang lebih mudah untuk mengontrol anggota tubuh prostetik dan perangkat robotik yang dapat dikenakan lainnya.

Dua makalah penelitian diterbitkan di jurnal Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Sistem berbasis magnet terbukti sangat akurat dan aman, dan dapat melacak panjang otot selama gerakan. Tim melakukan studi pada hewan dan menunjukkan bahwa strategi ini dapat digunakan untuk membantu individu dengan perangkat prostetik mengontrolnya dengan cara yang lebih alami.

Cameron Taylor adalah ilmuwan peneliti MIT dan ko-penulis utama penelitian.

“Hasil penelitian terbaru menunjukkan bahwa alat ini dapat digunakan di luar laboratorium untuk melacak gerakan otot selama aktivitas alami, dan mereka juga menunjukkan bahwa implant magnetik stabil dan biokompatibel dan tidak menyebabkan ketidaknyamanan,” kata Taylor.

Mengukur Otot Selama Gerakan Alami

Penelitian menunjukkan bahwa mereka dapat mengukur panjang otot kaki kalkun dengan akurat saat melakukan berbagai gerakan alami seperti berlari dan melompat. Mereka mengukur ini dengan menggunakan manik-manik magnetik kecil, yang terbukti tidak menyebabkan peradangan atau efek merugikan lainnya setelah diimplan ke dalam otot.

Hugh Herr adalah profesor seni media dan ilmu, ko-direktur Pusat Bionik K. Lisa Yang di MIT, dan anggota asosiasi Institut Penelitian Otak McGovern di MIT.

“Saya sangat bersemangat untuk potensi klinis teknologi baru ini untuk meningkatkan kontrol dan efektivitas anggota tubuh bionik untuk orang-orang dengan kehilangan anggota tubuh,” kata Herr.

Anggota tubuh prostetik yang digerakkan saat ini biasanya dikontrol dengan menggunakan pendekatan yang disebut elektromiografi permukaan (EMG). Dalam pendekatan ini, elektroda yang dipasang pada permukaan kulit atau diimplan ke dalam otot residu anggota tubuh yang diamputasi dapat mengukur sinyal listrik dari otot seseorang. Pengukuran ini kemudian dimasukkan ke dalam prostesis untuk membantu orang tersebut mengontrolnya.

Pendekatan EMG memiliki beberapa keterbatasan. Salah satunya, tidak memperhitungkan informasi tentang panjang atau kecepatan otot, keduanya dapat membuat gerakan prostetik lebih akurat.

Strategi Magnetomikrometri

Strategi tim MIT bergantung pada pendekatan yang disebut magnetomikrometri, yang memanfaatkan medan magnet permanen di sekitar manik-manik kecil yang diimplan ke dalam otot. Sebuah sensor kecil dipasang di luar tubuh, dan sistem dapat melacak jarak antara kedua magnet. Magnet-magnet ini mendekat ketika otot berkontraksi dan menjauh ketika otot meregang.

Peneliti menunjukkan bahwa sistem ini dapat mengukur gerakan alami dengan akurat dalam pengaturan non-laboratorium. Mereka mencapai ini dengan pertama membuat jalur rintangan dari ramp, yang dapat dilalui kalkun. Mereka juga membangun kotak-kotak untuk kalkun melompat naik dan turun. Dengan sensor magnetik, tim dapat melacak gerakan otot selama aktivitas, dan mereka menyimpulkan bahwa sistem dapat menghitung panjang otot dalam waktu kurang dari satu milidetik.

Sistem baru ini jauh lebih efisien daripada pendekatan tradisional yang bergantung pada peralatan x-ray besar.

“Kami dapat menyediakan fungsi pelacakan panjang otot dari peralatan x-ray berukuran ruangan dengan menggunakan paket yang jauh lebih kecil dan portabel, dan kami dapat mengumpulkan data secara terus-menerus daripada terbatas pada ledakan 10 detik yang dibatasi oleh fluoromikrometri,” kata Taylor.

Tidak Ada Efek Merugikan atau Berbahaya

Dalam studi kedua yang terkait dengan penelitian, tim menemukan bahwa magnet tidak menghasilkan jaringan parut, peradangan, atau efek merugikan lainnya. Hal ini juga menunjukkan bahwa magnet yang diimplan tidak menyebabkan ketidaknyamanan pada kalkun.

Implan-implan ini terbukti stabil selama delapan bulan, dan mereka tidak bermigrasi satu sama lain selama mereka dipasang setidaknya tiga sentimeter terpisah.

“Magnet tidak memerlukan sumber daya eksternal, dan setelah diimplan ke dalam otot, mereka dapat mempertahankan kekuatan medan magnet penuh sepanjang umur pasien,” kata Taylor.

Peneliti sekarang akan mencari persetujuan FDA untuk menguji sistem ini pada manusia.

“Tempat di mana teknologi ini memenuhi kebutuhan adalah dalam mengkomunikasikan panjang dan kecepatan otot tersebut ke robot yang dapat dikenakan, sehingga robot dapat berperforma dengan cara yang bekerja bersama dengan manusia,” kata Taylor. “Kami berharap bahwa magnetomikrometri akan memungkinkan seseorang untuk mengontrol robot yang dapat dikenakan dengan tingkat kenyamanan dan kemudahan yang sama seperti mengontrol anggota tubuh mereka sendiri.”