ระบบแม่เหล็กช่วยให้ผู้คนควบคุมหุ่นยนต์สวมใส่ได้

ทีมนักวิจัยจาก MIT ได้พัฒนาแนวทางใหม่ในการติดตามการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ ตามทีมนี้ ระบบใหม่นี้จะช่วยให้ผู้คนสามารถควบคุมขาเทียมและอุปกรณ์หุ่นยนต์สวมใส่ได้อย่างง่ายดาย

มีการตีพิมพ์บทความวิจัยสองฉบับในสมการ Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

ระบบแม่เหล็กได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีความแม่นยำและปลอดภัย และสามารถติดตามความยาวของกล้ามเนื้อระหว่างการเคลื่อนไหว ทีมนักวิจัยได้ทำการวิจัยใน động vậtและแสดงให้เห็นว่ากลยุทธ์นี้สามารถใช้เพื่อช่วยให้ผู้ที่มีอุปกรณ์เทียมสามารถควบคุมมันได้อย่างเป็นธรรมชาติ

Cameron Taylor เป็นนักวิจัยจาก MIT และเป็นผู้เขียนร่วมของการวิจัย

“ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าเครื่องมือนี้สามารถใช้ได้นอกห้องปฏิบัติการเพื่อติดตามการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อระหว่างกิจกรรมธรรมชาติ และยังแสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กที่ฝังอยู่มีความเสถียรและไม่ทำให้เกิดอาการไม่สบาย” Taylor กล่าว

การวัดกล้ามเนื้อระหว่างการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติ

การวิจัยแสดงให้เห็นว่าสามารถวัดความยาวของกล้ามเนื้อขาไก่ของนกกระทาได้อย่างแม่นยำระหว่างการเคลื่อนไหวต่างๆ เช่น การวิ่งและการกระโดด พวกเขาใช้ลูกกลมแม่เหล็กขนาดเล็ก ซึ่งไม่ทำให้เกิดการอักเสบหรือผลกระทบอื่นๆ หลังจากการฝังเข้าไปในกล้ามเนื้อ

Hugh Herr เป็นศาสตราจารย์สาขาศิลปะและวิทยาศาสตร์ ผู้อำนวยการร่วมของ K. Lisa Yang Center for Bionics ที่ MIT และสมาชิกสมทบของสถาบันวิจัยสมอง MIT

“ฉันรู้สึกตื่นเต้นมากเกี่ยวกับศักยภาพทางคลินิกของเทคโนโลยีนี้ในการปรับปรุงการควบคุมและประสิทธิภาพของขาเทียมสำหรับผู้ที่มีการสูญเสียขา” Herr กล่าว

ขาเทียมที่มีพลังงานปัจจุบัน通常ควบคุมโดยใช้แนวทางที่เรียกว่า surface electromyography (EMG) ในแนวทางนี้ อิเล็กโทรดที่ติดอยู่บนผิวหนังหรือฝังอยู่ในกล้ามเนื้อของขาที่ถูกตัดออกสามารถวัดสัญญาณไฟฟ้าจากกล้ามเนื้อของบุคคลได้ การวัดเหล่านี้จะถูกส่งเข้าไปในขาเทียมเพื่อช่วยให้ผู้คนสามารถควบคุมมันได้

แนวทาง EMG มีข้อจำกัดอยู่บ้าง เช่น ไม่สามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับความยาวหรือความเร็วของกล้ามเนื้อ ซึ่งสามารถทำให้การเคลื่อนไหวของขาเทียมมีความแม่นยำมากขึ้น

กลยุทธ์แมกเนโตมิโครเมตรี

กลยุทธ์ของทีม MIT ขึ้นอยู่กับแนวทางที่เรียกว่า magnetomicrometry ซึ่งใช้สนามแม่เหล็กถาวรที่ล้อมรอบลูกกลมแม่เหล็กขนาดเล็กที่ฝังอยู่ในกล้ามเนื้อ เซ็นเซอร์ขนาดเล็กถูกติดอยู่บนผิวหนังภายนอก และระบบสามารถติดตามระยะห่างระหว่างแม่เหล็กสองอันได้ แม่เหล็กจะเข้าใกล้กันเมื่อกล้ามเนื้อ 收縮 และห่างออกเมื่อกล้ามเนื้อคลายตัว

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าระบบนี้สามารถวัดการเคลื่อนไหวตามธรรมชาติได้อย่างแม่นยำในสถานที่ที่ไม่ใช่ห้องปฏิบัติการ พวกเขาได้สร้างเส้นทางอุปสรรคจากพื้นราบ ซึ่งไก่สามารถปีนได้ และสร้างกล่องสำหรับไก่เพื่อกระโดดขึ้นและลง ด้วยเซ็นเซอร์แม่เหล็ก ทีมนักวิจัยสามารถติดตามการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อระหว่างกิจกรรมเหล่านี้ และสรุปได้ว่าระบบสามารถคำนวณความยาวของกล้ามเนื้อได้ในเวลาไม่ถึง 1 มิลลิวินาที

ระบบใหม่นี้มีประสิทธิภาพมากกว่าแนวทางแบบดั้งเดิมที่ใช้อุปกรณ์เอ็กซเรย์ขนาดใหญ่

“เราสามารถให้ฟังก์ชันการวัดความยาวกล้ามเนื้อได้โดยใช้แพ็คเกจขนาดเล็กและพกพาได้ และเราสามารถรวบรวมข้อมูลได้อย่างต่อเนื่อง ไม่เหมือนกับ fluoromicrometry ที่จำกัดไว้ที่ 10 วินาที” Taylor กล่าว

ไม่มีผลเสียหรืออันตราย

ในงานวิจัยที่สองที่เกี่ยวข้องกับการวิจัยนี้ ทีมนักวิจัยพบว่าแม่เหล็กไม่ได้สร้างการอักเสบหรือผลกระทบอื่นๆ ที่เป็นอันตราย และยังแสดงให้เห็นว่าแม่เหล็กที่ฝังอยู่ไม่ได้ทำให้เกิดความไม่สบายสำหรับไก่

การฝังแม่เหล็กแสดงให้เห็นว่าสามารถคงอยู่ได้นานถึง 8 เดือน และไม่ได้เคลื่อนย้ายเข้าหากันตราบเท่าที่ถูกวางไว้อย่างน้อย 3 เซนติเมตร

“แม่เหล็กไม่ต้องการแหล่งจ่ายพลังงานภายนอก และหลังจากการฝังเข้าไปในกล้ามเนื้อ สามารถรักษาความเข้มข้นของสนามแม่เหล็กได้ตลอดชีวิตของผู้ป่วย” Taylor กล่าว

นักวิจัยจะพยายามขออนุมัติจาก FDA เพื่อทดสอบระบบนี้ในมนุษย์

“จุดที่เทคโนโลยีนี้ตอบสนองความต้องการคือในการสื่อสารความยาวและความเร็วของกล้ามเนื้อไปยังหุ่นยนต์สวมใส่ เพื่อให้หุ่นยนต์สามารถทำงานได้อย่างสอดคล้องกับมนุษย์” Taylor กล่าว “เราหวังว่า magnetomicrometry จะช่วยให้ผู้คนสามารถควบคุมหุ่นยนต์สวมใส่ได้อย่างสบายใจและง่ายดายเหมือนกับการควบคุมอวัยวะของตนเอง”