Magnetický systém pomáha ľuďom ovládať nositeľnú robotiku

Tím výskumníkov z MIT vyvinul inovatívny spôsob sledovania svalových pohybov. Podľa tímu tento nový systém uľahčí ľuďom ovládanie protetických končatín a iných nositeľných robotických zariadení.

V časopise boli publikované dve výskumné práce Hranice v bioinžinierstve a biotechnológii. 

Ukázalo sa, že magnetový systém je vysoko presný a bezpečný a dokáže sledovať dĺžku svalov počas pohybu. Tím vykonal štúdie na zvieratách a preukázal, že túto stratégiu možno použiť na pomoc jednotlivcom s protetickými pomôckami ovládať ich prirodzenejším spôsobom.

Cameron Taylor je vedeckým pracovníkom MIT a spoluautorom výskumu.

"Tieto nedávne výsledky ukazujú, že tento nástroj možno použiť mimo laboratória na sledovanie pohybu svalov počas prirodzenej aktivity, a tiež naznačujú, že magnetické implantáty sú stabilné a biokompatibilné a že nespôsobujú nepohodlie," povedal Taylor. 

Meranie svalov počas prirodzených pohybov

Výskum ukázal, že dokázali presne zmerať dĺžku lýtkových svalov moriek, keď vykonávali rôzne prirodzené pohyby, ako je beh a skákanie. Merali ich pomocou malých magnetických guľôčok, u ktorých sa preukázalo, že po implantácii do svalu nespôsobujú zápal ani iné nepriaznivé účinky. 

Hugh Herr je profesorom mediálnych umení a vied, spoluriaditeľom K. Lisa Yang Center for Bionics na MIT a pridruženým členom McGovern Institute for Brain Research na MIT. 

"Som veľmi nadšený z klinického potenciálu tejto novej technológie na zlepšenie kontroly a účinnosti bionických končatín u osôb so stratou končatín," hovorí Herr. 

Súčasne poháňané protetické končatiny sú zvyčajne kontrolované prístupom nazývaným povrchová elektromyografia (EMG). Pri tomto prístupe sú elektródy pripojené k povrchu kože alebo implantované do zvyškového svalu amputovanej končatiny schopné merať elektrické signály zo svalov jednotlivca. Tieto merania sa potom privedú do protézy, aby pomohli osobe ovládať ju. 

EMG prístup má určité obmedzenia. Po prvé, nezohľadňuje žiadne informácie o dĺžke alebo rýchlosti svalov, čo by mohlo spresniť protetické pohyby. 

Stratégia magnetomikrometrie

Stratégia tímu MIT sa opiera o prístup nazývaný magnetomikrometria, ktorý využíva permanentné magnetické polia obklopujúce malé guľôčky implantované do svalu. Malý senzor je pripevnený na vonkajšej strane tela a systém dokáže sledovať vzdialenosti medzi dvoma magnetmi. Magnety sa pri kontrakcii svalu približujú a pri ohýbaní sa vzďaľujú. 

Výskumníci preukázali, že tento systém dokáže presne merať prirodzené pohyby v nelaboratórnom prostredí. Dosiahli to tak, že najprv vytvorili prekážkovú dráhu z rámp, po ktorej mohli morky liezť. Skonštruovali tiež boxy pre moriaky, aby mohli naskakovať a vyskakovať. Pomocou magnetického senzora mohol tím sledovať pohyby svalov počas aktivít a dospeli k záveru, že systém dokáže vypočítať dĺžku svalov za menej ako milisekúndu. 

Nový systém je oveľa efektívnejší ako tradičný prístup, ktorý sa spolieha na veľké röntgenové zariadenie. 

„Sme schopní poskytnúť funkciu sledovania svalovej dĺžky röntgenového zariadenia o veľkosti miestnosti pomocou oveľa menšieho prenosného balíka a sme schopní zbierať údaje nepretržite namiesto toho, aby sme sa obmedzovali na 10-sekundové dávky, ktoré fluoromikrometria je obmedzená na,“ hovorí Taylor. 

Žiadne negatívne alebo škodlivé účinky

V druhej štúdii súvisiacej s výskumom tím zistil, že magnety nespôsobujú zjazvenie tkaniva, zápal alebo iné škodlivé účinky. Tiež naznačovalo, že implantované magnety nespôsobujú moriakom žiadne nepohodlie. 

Ukázalo sa, že implantáty zostali stabilné počas ôsmich mesiacov a nemigrovali k sebe, pokiaľ boli umiestnené aspoň tri centimetre od seba. 

„Magnety nevyžadujú externý zdroj energie a po ich implantácii do svalu si dokážu zachovať plnú silu svojho magnetického poľa počas celého života pacienta,“ hovorí Taylor. 

Vedci sa teraz budú snažiť získať súhlas FDA na testovanie systému na ľuďoch. 

„Miesto, kde táto technológia napĺňa potrebu, je v prenose týchto svalových dĺžok a rýchlostí do nositeľného robota, aby robot mohol fungovať spôsobom, ktorý funguje v tandeme s človekom,“ hovorí Taylor. "Dúfame, že magnetomikrometria umožní človeku ovládať nositeľného robota s rovnakou úrovňou pohodlia a rovnakou ľahkosťou, ako by niekto ovládal svoju vlastnú končatinu."