Sistemul magnetic ajută oamenii să controleze roboții purtabili

O echipă de cercetători de la MIT a dezvoltat o metodă inovatoare de a monitoriza mișcările musculare. Conform echipei, acest sistem nou va face mai ușor pentru oameni să controleze membrele proteze și alte dispozitive robotice purtabile.

Două articole de cercetare au fost publicate în revista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Sistemul magnetic a fost dovedit a fi foarte precis și sigur, și poate urmări lungimea mușchilor în timpul mișcării. Echipa a efectuat studii pe animale și a demonstrat că strategia poate fi utilizată pentru a ajuta indivizii cu dispozitive proteze să le controleze într-un mod mai natural.

Cameron Taylor este un cercetător științific la MIT și coautor al cercetării.

„Rezultatele recente demonstrează că acest instrument poate fi utilizat în afara laboratorului pentru a urmări mișcarea musculară în timpul activității naturale, și sugerează că implanturile magnetice sunt stabile și biocompatibile și că nu provoacă disconfort,” a spus Taylor.

Măsurarea mușchilor în timpul mișcărilor naturale

Cercetarea a arătat că pot măsura cu acuratețe lungimea mușchilor gambei la curci în timpul diferitelor mișcări naturale, cum ar fi alergarea și săritura. Au măsurat acestea cu ajutorul unor mici bile magnetice, care nu au provocat inflamație sau alte efecte adverse după implantarea în mușchi.

Hugh Herr este profesor de arte media și științe, co-director al Centrului K. Lisa Yang pentru Bionics la MIT și membru asociat al Institutului McGovern pentru Cercetarea Creierului de la MIT.

„Sunt foarte entuziasmat de potențialul clinic al acestei tehnologii noi pentru a îmbunătăți controlul și eficacitatea membrelor bionice pentru persoanele cu pierderea membrelor,” spune Herr.

Membrele proteze actuale sunt de obicei controlate cu o abordare numită electromiografie de suprafață (EMG). În această abordare, electrozii atașați de suprafața pielii sau implantați în mușchiul rezidual al membrelor amputate pot măsura semnalele electrice de la mușchii unei persoane. Aceste măsurători sunt apoi introduse în proteză pentru a ajuta persoana să o controleze.

Abordarea EMG are unele limitări. De exemplu, nu ține cont de informațiile despre lungimea sau viteza mușchilor, ambele putând face mișcările protezei mai precise.

Strategia magnetomicrometriei

Strategia echipei MIT se bazează pe o abordare numită magnetomicrometrie, care utilizează câmpurile magnetice permanente din jurul micilor bile implantate într-un mușchi. Un mic senzor este atașat la exteriorul corpului, iar sistemul poate urmări distanțele dintre cele două magneți. Magneții se apropie atunci când un mușchi se contractă și se îndepărtează atunci când se flexează.

Cercetătorii au demonstrat că acest sistem poate măsura cu acuratețe mișcările naturale într-un mediu non-laborator. Au realizat acest lucru prin crearea unui curs de obstacole cu rampe, pe care curcile le puteau urca. De asemenea, au construit cutii pentru curci să sară pe și de pe ele. Cu senzorul magnetic, echipa a putut urmări mișcările musculare în timpul activităților și a concluzionat că sistemul poate calcula lungimea mușchilor în mai puțin de o milisecundă.

Noul sistem este mult mai eficient decât abordarea tradițională, care se bazează pe echipamente cu raze X mari.

„Suntem capabili să oferim funcționalitatea de urmărire a lungimii mușchilor a echipamentului cu raze X de dimensiuni cameră, utilizând un pachet mult mai mic și portabil, și suntem capabili să colectăm datele în mod continuu, în loc să fim limitați la perioadele de 10 secunde la care este limitată fluoromicrometria,” spune Taylor.

Fără efecte negative sau dăunătoare

Într-un al doilea studiu legat de cercetare, echipa a constatat că magneții nu generează cicatrici țesuturale, inflamație sau alte efecte dăunătoare. De asemenea, a sugerat că implanturile magnetice nu cauzează disconfort pentru curci.

Implanturile au fost demonstrate a fi stabile timp de opt luni și nu s-au deplasat unul spre celălalt, atâta timp cât au fost plasate la cel puțin trei centimetri distanță.

„Magneții nu necesită o sursă de alimentare externă, și după implantarea lor în mușchi, pot menține puterea completă a câmpului magnetic pe tot parcursul vieții pacientului,” spune Taylor.

Cercetătorii vor căuta acum să obțină aprobarea FDA pentru a testa sistemul pe oameni.

„Locul în care această tehnologie completează o nevoie este în comunicarea acestor lungimi și viteze ale mușchilor către un robot purtabil, astfel încât robotul să poată funcționa într-un mod care lucrează în tandem cu omul,” spune Taylor. „Sperăm că magnetomicrometria va permite unei persoane să controleze un robot purtabil cu același nivel de confort și cu aceeași ușurință cu care cineva ar controla propria lui extremitate.”