Magnetyczny System Pomaga Ludziom Kontrolować Noszone Urządzenia Robotyczne

Zespół badaczy z MIT opracował innowacyjny sposób monitorowania ruchów mięśni. Zgodnie z zespołem, ten nowy system ułatwi ludziom kontrolę protez i innych noszonych urządzeń robotycznych.

Opublikowano dwie prace badawcze w czasopiśmie Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Magnetyczny system okazał się niezwykle dokładny i bezpieczny, a także może śledzić długość mięśni podczas ruchu. Zespół przeprowadził badania na zwierzętach i udowodnił, że strategia ta może być wykorzystana do pomocy osobom z protezami w kontrolowaniu ich w sposób bardziej naturalny.

Cameron Taylor jest naukowcem badawczym w MIT i współautorem badań.

“Nasze ostatnie wyniki pokazują, że ten narzędzie może być wykorzystane poza laboratorium do śledzenia ruchów mięśni podczas naturalnej aktywności, a także sugerują, że implanty magnetyczne są stabilne i biocompatybilne oraz nie powodują dyskomfortu,” powiedział Taylor.

Pomiar Mięśni Podczas Ruchów Naturalnych

Badania wykazały, że mogą one dokładnie mierzyć długość mięśni łydek indyków podczas wykonywania różnych naturalnych ruchów, takich jak bieganie i skakanie. Mierzone były one za pomocą małych magnetycznych kul, które nie powodowały stanów zapalnych ani innych niekorzystnych skutków po implantacji w mięśniu.

Hugh Herr jest profesorem sztuk medialnych i nauk, współdyrektorem Centrum Bioniki K. Lisa Yang w MIT oraz członkiem instytutu badawczego McGovern Institute for Brain Research.

“Jestem bardzo podekscytowany klinicznym potencjałem tej nowej technologii, która może poprawić kontrolę i skuteczność protez dla osób z amputowanymi kończynami,” mówi Herr.

Obecnie stosowane protezy z napędem są zwykle kontrolowane za pomocą podejścia zwanego powierzchniową elektromiografią (EMG). W tym podejściu elektrody przymocowane do powierzchni skóry lub implantowane w pozostałym mięśniu amputowanej kończyny mogą mierzyć sygnały elektryczne z mięśni osoby. Pomiary te są następnie wprowadzane do protezy, aby pomóc osobie w kontrolowaniu jej.

Podejście EMG ma pewne ograniczenia. Po pierwsze, nie uwzględnia informacji o długości mięśni lub prędkości, które mogą sprawić, że ruchy protezy będą bardziej dokładne.

Strategia Magnetomikrometrii

Strategia zespołu z MIT opiera się na podejściu zwanym magnetomikrometrią, które wykorzystuje stałe pola magnetyczne wokół małych kul magnetycznych implantowanych w mięśniu. Mały czujnik jest przymocowany na zewnątrz ciała, a system może śledzić odległości między dwiema magnesami. Magnesy zbliżają się do siebie, gdy mięsień kurczy się, a oddalają, gdy rozciąga.

Badacze udowodnili, że system ten może dokładnie mierzyć naturalne ruchy w środowisku nie laboratoryjnym. Osiągnęli to, tworząc tor przeszkód z ramp, którymi indyki mogły wchodzić. Zbudowali również pudełka, na które indyki mogły skakać i z nich schodzić. Za pomocą czujnika magnetycznego zespół mógł śledzić ruchy mięśni podczas tych czynności i stwierdził, że system może obliczyć długości mięśni w czasie krótszym niż milisekunda.

Nowy system jest znacznie bardziej wydajny niż tradycyjne podejście, które opiera się na dużym sprzęcie rentgenowskim.

“Jesteśmy w stanie zapewnić funkcjonalność śledzenia długości mięśni za pomocą pakietu znacznie mniejszego i przenośnego, a także możemy zbierać dane w sposób ciągły, zamiast być ograniczonymi do 10-sekundowych serii, do których jest ograniczona fluoromikrometria,” mówi Taylor.

Brak Negatywnych lub Szkodliwych Skutków

W drugim badaniu związanym z tym tematem zespół odkrył, że magnesy nie powodowały blizn, stanów zapalnych ani innych szkodliwych skutków. Sugerowało to również, że implantowane magnesy nie powodowały dyskomfortu u indyków.

Implanty okazały się stabilne przez osiem miesięcy i nie migrowały w kierunku siebie, o ile były umieszczane w odległości co najmniej trzech centymetrów.

“Magnesy nie wymagają zewnętrznego źródła zasilania, a po implantacji w mięśniu mogą utrzymywać pełną siłę swojego pola magnetycznego przez całe życie pacjenta,” mówi Taylor.

Badacze będą teraz starać się uzyskać zatwierdzenie FDA do przeprowadzenia testów systemu u ludzi.

“Miejsce, w którym ta technologia wypełnia lukę, to komunikowanie długości i prędkości mięśni do noszonego robota, aby mógł on działać w sposób zgodny z człowiekiem,” mówi Taylor. “Mamy nadzieję, że magnetomikrometria umożliwi osobie kontrolę noszonego robota z tym samym poziomem komfortu i łatwości, co kontrola własnej kończyny.”