자석 기반 시스템, 웨어러블 로봇틱스 제어를 쉽게 만들어준다

MIT의 연구팀은 근육 운동을 모니터링하는 혁신적인 방법을 개발했다. 연구팀에 따르면, 이 새로운 시스템은 사람들에게 보철 임플란트와 다른 웨어러블 로봇틱스 장치를 더 쉽게 제어할 수 있게 해줄 것이다.

두 개의 연구 논문이 Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 저널에 발표되었다.

자석 기반 시스템은 매우 정확하고 안전한 것으로 chứng명되었으며, 운동 중에 근육의 길이를 추적할 수 있다. 연구팀은 동물에서 연구를 수행하여 이 전략이 보철 기기를 가진 개인이 더 자연스럽게 제어할 수 있도록 도와줄 수 있음을 보여주었다.

Cameron Taylor는 MIT 연구 과학자이자 연구의 공동 저자이다.

“이번 결과는 이 도구가 실험실 밖에서 자연스러운 활동 중에 근육 운동을 추적할 수 있으며, 자석 임플란트가 안정적이고 생체 적합성이 있으며 불편함을 유발하지 않는다는 것을 보여준다”고 Taylor는 말했다.

자연스러운 운동 중에 근육 측정

연구에 따르면, 연구팀은 작은 자석 비즈를 사용하여 달리기와 점프와 같은 다양한 자연스러운 운동을 하는 칠면조의 정강이 근육의 길이를 정확하게 측정할 수 있었다. 이 비즈는 근육에 이식된 후 염증이나 다른 부작용을 유발하지 않는다는 것이 chứng명되었다.

Hugh Herr는 미디어 예술 과학 교수이자 MIT의 K. Lisa Yang Center for Bionics의 공동 디렉터이며, MIT의 McGovern Institute for Brain Research의 연합 회원이다.

“나는 이 새로운 기술이 보철 기기의 제어와 효율성을 개선하는 데 기여할 수 있는 임상적 잠재력을 매우 기대한다”고 Herr는 말했다.

현재의 전동 보철 기기는 일반적으로 표면 전기 근신경 그래피(EMG)라는 접근 방식을 사용하여 제어된다. 이 접근 방식에서는 피부 표면이나 절단된 四肢의 잔여 근육에 부착된 전극이 개인의 근육에서 전기 신호를 측정할 수 있다. 이러한 측정値는 보철 기기를 제어하는 데 도움이 된다.

EMG 접근 방식에는 몇 가지 제한이 있다. 예를 들어, 근육의 길이 또는 속도에 대한 정보를 제공하지 않는다. 이러한 정보는 보철 기기의 운동을 더 정확하게 만들 수 있다.

자석 미세 측정 전략

MIT 연구팀의 전략은 자석 미세 측정이라고 하는 접근 방식을 사용한다. 이는 근육에 이식된 작은 비즈 주변의 영구 자석 필드를 활용한다. 신체 외부에 작은 센서가 부착되어 시스템은 두 자석 사이의 거리를 추적할 수 있다. 근육이 수축하면 자석이 가까워지고, 근육이 이완되면 자석이 멀어진다.

연구팀은 이 시스템이 실험실 밖에서 자연스러운 운동을 정확하게 측정할 수 있음을 보여주었다. 이를 위해 그들은 칠면조가 오를 수 있는 램프와 점프할 수 있는 상자를 만들었다. 자석 센서를 사용하여 연구팀은 활동 중에 근육 운동을 추적할 수 있었으며, 시스템이 근육의 길이를 1 밀리초 미만으로 계산할 수 있음을 발견했다.

새로운 시스템은 전통적인 방식보다 훨씬 더 효율적이다. 전통적인 방식은 큰 엑스선 장비를 사용한다.

“우리는 방대한 공간의 엑스선 장비와 같은 근육 길이 추적 기능을 제공할 수 있는 더 작은 휴대용 패키지를 제공할 수 있으며, 10초 간격으로 제한되는 플루오로 미세 측정과 달리 데이터를 연속적으로 수집할 수 있다”고 Taylor는 말했다.

부정적인 영향 없음

연구와 관련된 두 번째 연구에서 연구팀은 자석이 조직 자극, 염증 또는 다른 유해한 영향을 일으키지 않는다는 것을 발견했다. 또한 칠면조에게 불편함을 유발하지 않는다는 것도 나타났다.

이식물은 8개월 동안 안정적으로 유지되었으며, 최소 3센티미터 떨어진 채로 유지되었다.

“자석은 외부 전원源이 필요하지 않으며, 근육에 이식된 후에도 환자의 일생 동안 자석 필드의 강도를 유지할 수 있다”고 Taylor는 말했다.

연구팀은 이제 시스템을 인간에서 테스트하기 위해 FDA 승인을 얻으려고 할 것이다.

“이 기술이 필요한 곳은 근육의 길이와 속도를 웨어러블 로봇에 전달하여 로봇이 인간과 함께 작동할 수 있도록 하는 것이다. 우리는 자석 미세 측정이 개인이 자신의 四肢와 같은 편안함과 동일한 용이함으로 웨어러블 로봇을 제어할 수 있도록 할 수 있기를 바란다”고 Taylor는 말했다.