Manyetik Tabanlı Sistem Giyilebilir Robotları Kontrol Etmede İnsanlara Yardım Edecek

MIT’de bir araştırma ekibi kas hareketlerini izlemek için yenilikçi bir yöntem geliştirdi. Ekibin belirttiğine göre, bu yeni sistem insanların protez uzuvları ve diğer giyilebilir robotik cihazları kontrol etmelerini daha kolay hale getirecek.

İki araştırma makalesi Frontiers in Bioengineering and Biotechnology dergisinde yayımlandı.

Manyetik tabanlı sistem yüksek doğruluk ve güvenlikte olduğu kanıtlandı ve kasların hareket sırasında uzunluğunu takip edebiliyor. Ekibin hayvanlar üzerinde yaptığı çalışmalar, bu stratejinin protez cihazları daha doğal bir şekilde kontrol etmelerine yardımcı olabileceğini gösterdi.

Cameron Taylor, MIT araştırma bilimcisi ve araştırmanın ortak yazarı.

“Bu recent sonuçlar, bu aracın laboratuvar dışında doğal aktivite sırasında kas hareketini takip edebileceğini gösteriyor ve manyetik implantların stabil ve biyolojik olarak uyumlu olduğunu ve rahatsızlık vermediğini de gösteriyor” dedi Taylor.

Doğal Hareketler Sırasında Kasları Ölçme

Araştırmada, hindilerin baldır kaslarının uzunluğunu çeşitli doğal hareketler sırasında, örneğin koşma ve zıplama sırasında doğru bir şekilde ölçebildikleri gösterildi. Bunlar, kaslara implante edilen küçük manyetik boncuklarla ölçüldü ve bu boncukların inflamasyon veya diğer advers etkiler oluşturmadan implante edildiği gösterildi.

Hugh Herr, medya sanatları ve bilimler profesörü, MIT’deki K. Lisa Yang Bionik Merkezi’nin eş direktörü ve MIT’nin McGovern Enstitüsü’nün birleşik üyesi.

“Bu yeni teknolojinin klinik potansiyeli beni çok heyecanlandırıyor, özellikle de bionik uzuvların kontrolü ve etkinliğini kaybetmiş kişiler için” diyor Herr.

Şu anda kullanılan güçlendirilmiş protez uzuvlar genellikle yüzey elektromyografi (EMG) olarak adlandırılan bir yaklaşım ile kontrol ediliyor. Bu yaklaşım, cilt yüzeyine veya ampute uzvun kalan kasına implante edilen elektrodlar, bireyin kaslarından elektrik sinyallerini ölçebiliyor. Bu ölçümler daha sonra proteze beslenerek kişi tarafından kontrol edilmesini sağlıyor.

EMG yaklaşımının bazı sınırlamaları var. Örneğin, kas uzunluğu veya hızı hakkında herhangi bir bilgiyi dikkate almıyor, bu da protez hareketlerinin daha doğru olmasını sağlayabilir.

Manyetomikrometri Stratejisi

MIT ekibinin stratejisi, kaslara implante edilen küçük boncukların etrafındaki kalıcı manyetik alanları kullanan manyetomikrometri olarak adlandırılan bir yaklaşıma dayanuyor. Vücut dışına bir sensör takılıyor ve sistem iki manyetik alan arasındaki mesafeyi takip edebiliyor. Manyetik alanlar, kas kasıldığında birbirlerine yaklaşır ve esnediğinde birbirlerinden uzaklaşır.

Araştırmacılar, bu sistemin laboratuvar dışında doğal hareketleri doğru bir şekilde ölçebileceğini gösterdiler. Bunu, hindilerin tırmanabileceği rampalardan oluşan bir engel kursu oluşturarak başardılar. Ayrıca hindilerin zıplayabileceği kutular inşa ettiler. Manyetik sensörle, ekip aktivite sırasında kas hareketlerini takip edebildi ve sistem kas uzunluğunu bir milisaniyeden kısa bir sürede hesaplayabildi.

Yeni sistem, büyük x-ışını ekipmanına dayanan geleneksel yaklaşımdan çok daha verimlidir.

“Oda büyüklüğündeki x-ışını ekipmanının kas uzunluğu takip işlevselliğini, çok daha küçük ve taşınabilir bir paket kullanarak sağlıyoruz ve verileri sürekli olarak topluyoruz, bu da floromikrometriye kıyasla 10 saniyelik aralıklarla sınırlı olmadığımızı gösteriyor” diyor Taylor.

Olumsuz veya Zararlı Etkiler Yok

İlgili ikinci bir çalışmada, ekip manyetik alanların doku skarlaşması, inflamasyon veya diğer zararlı etkiler oluşturmadığını buldu. Ayrıca, implante edilen manyetik alanların hindilere rahatsızlık vermediğini de gösterdi.

Implantlar sekiz ay boyunca stabil kaldı ve en az üç santimetre uzakta yerleştirildikleri sürece birbirlerine doğru göç etmedi.

“Manyetik alanlar dış bir güç kaynağına ihtiyaç duymaz ve kaslara implante edildikten sonra, hasta ömrü boyunca manyetik alanlarının tam gücünü koruyabilirler” diyor Taylor.

Araştırmacılar şimdi sistemi insanlarda test etmek için FDA onayını almak için çalışacaklar.

“Bu teknolojinin ihtiyaç duyduğu yer, kas uzunluklarını ve hızlarını giyilebilir bir robota ileterek, robotun insanla birlikte çalışabileceği şekilde hareket etmesini sağlamaktır” diyor Taylor. “Manyetomikrometri sayesinde, bir kişinin kendi uzvunu kontrol ettiği rahatlık ve kolaylıkla giyilebilir bir robota kontrol edebilmesini umuyoruz.”