磁気ベースのシステムが着用可能ロボティクスの操作を容易にする

マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームは、筋肉の動きを監視するための革新的な方法を開発しました。この新しいシステムにより、人々が義肢やその他の着用可能ロボティクス デバイスを操作することが容易になるでしょう。

2 つの研究論文が、Frontiers in Bioengineering and Biotechnology ジャーナルに掲載されました。

磁気ベースのシステムは、高度な精度と安全性を実証され、筋肉の長さを動きながら追跡できます。研究チームは動物を用いた研究を行い、この戦略が義肢を装着した個人がより自然な方法でそれらを操作できることを示しました。

ケameron テイラーは、MIT の研究科学者であり、研究の共同筆頭著者です。

「これらの最近の結果は、このツールが実験室の外で自然な活動中に筋肉の動きを追跡するために使用でき、また磁気インプラントが安定して生体適合性があり、不快感を引き起こさないことを示しています」とテイラーは述べました。

自然な動きの中での筋肉の測定

研究チームは、七面鳥の腓腹筋の長さを、走る、ジャンプするなどの自然な動きをしながら正確に測定できたことを示しました。小さな磁気ビーズを使用してこれらの測定を行い、筋肉に埋め込まれた後、炎症やその他の悪影響を引き起こさないことを実証しました。

ヒュー・ハーは、メディアアーツ・サイエンス教授であり、MIT の K. リサ・ヤン・センター・フォー・バイオニクスの共同ディレクターであり、MIT のマクガバン・インスティテュート・フォー・ブレイン・リサーチのアソシエイト・メンバーです。

「私は、四肢喪失者に対するバイオニック肢体の制御と有効性の向上におけるこの新しい技術の臨床的潜在能力について非常に興奮しています」とハーは述べました。

現在の動力付き義肢は、通常、表面筋電図（EMG）と呼ばれるアプローチで制御されます。このアプローチでは、皮膚の表面に付着した電極または切断された肢体の残りの筋肉に埋め込まれた電極が、個人の筋肉からの電気信号を測定できます。これらの測定値は、人々がそれを制御するのを助けるために義肢にフィードされます。

EMG アプローチにはいくつかの制限があります。たとえば、筋肉の長さや速度に関する情報を考慮していないため、義肢の動きをより正確にすることができます。

磁気微小計測戦略

MIT チームの戦略は、磁気微小計測と呼ばれるアプローチに依存しています。これは、筋肉に埋め込まれた小さなビーズの周囲の永久磁気を利用しています。身体の外側に小さなセンサーが付着し、システムは 2 つの磁気の間の距離を追跡できます。磁気は、筋肉が収縮すると近づき、伸張すると遠ざかります。

研究者たちは、このシステムが実験室以外の環境で自然な動きを正確に測定できることを実証しました。彼らは、七面鳥が登ることができるランプの障害コースを作成し、七面鳥がジャンプするためのボックスも作成しました。磁気センサーを使用して、活動中の筋肉の動きを追跡し、システムが筋肉の長さを 1 ミリ秒未満で計算できることを結論付けました。

新しいシステムは、従来の X 線装置に依存する従来のアプローチよりもはるかに効率的です。

「部屋全体の X 線装置の筋肉長追跡機能を、はるかに小型で携帯可能なパッケージで提供でき、10 秒間のバーストに制限されるフルオロミクロメトリーとは異なり、データを継続的に収集できる」とテイラーは述べました。

悪影響がない

研究に関連する 2 番目の研究では、チームは磁気が組織の瘢痕、炎症、またはその他の有害な影響を生じないことを発見しました。また、七面鳥にとって磁気インプラントが不快感を引き起こさないことも示唆しました。

インプラントは、8 か月間安定したままだったことが示され、少なくとも 3 センチメートル離して配置されている限り、互いに近づくことはありませんでした。

「磁気には外部の電源が必要ないため、筋肉に埋め込まれた後、患者の生涯にわたって磁気の完全な強度を維持できます」とテイラーは述べました。

研究者たちは、システムを人間でテストするための FDA の承認を取得することを目指しています。

「このテクノロジーが必要とされる場所は、着用可能ロボットに筋肉の長さや速度を伝えることです。ロボットは人間と調和して動作できるようにします。磁気微小計測が、人々が自分の四肢と同じレベルの快適さと容易さで着用可能ロボットを制御できるようにすることを私たちは希望しています」とテイラーは述べました。