Hệ Thống Dựa Trên Từ Trường Giúp Người Dùng Kiểm Soát Robot Đeo

Một nhóm nghiên cứu tại MIT đã phát triển một cách mới để theo dõi các chuyển động của cơ. Theo nhóm, hệ thống mới này sẽ giúp mọi người dễ dàng kiểm soát các chi giả và các thiết bị robot đeo khác.

Hai bài nghiên cứu đã được xuất bản trên tạp chí Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Hệ thống dựa trên từ trường đã được chứng minh là rất chính xác và an toàn, và nó có thể theo dõi chiều dài của cơ trong quá trình di chuyển. Nhóm nghiên cứu đã thực hiện các nghiên cứu trên động vật và chứng minh rằng chiến lược này có thể được sử dụng để giúp những người có thiết bị giả kiểm soát chúng một cách tự nhiên hơn.

Cameron Taylor là một nhà khoa học nghiên cứu tại MIT và là đồng tác giả của nghiên cứu.

“Những kết quả gần đây cho thấy công cụ này có thể được sử dụng ngoài phòng thí nghiệm để theo dõi chuyển động cơ trong hoạt động tự nhiên, và chúng cũng gợi ý rằng các thiết bị từ trường cấy ghép là ổn định và tương thích sinh học và không gây khó chịu,” Taylor nói.

Đo Cơ Trong Chuyển Động Tự Nhiên

Nghiên cứu cho thấy họ có thể đo chính xác chiều dài của cơ bắp chân gà khi chúng thực hiện các chuyển động tự nhiên như chạy và nhảy. Họ đo này với các hạt từ nhỏ, đã được chứng minh là không gây viêm hoặc các tác dụng phụ khác sau khi cấy ghép vào cơ.

Hugh Herr là giáo sư nghệ thuật và khoa học, đồng giám đốc của Trung tâm Bionic K. Lisa Yang tại MIT và là thành viên liên kết của Viện Nghiên cứu Não bộ McGovern của MIT.

“Tôi rất hào hứng về tiềm năng lâm sàng của công nghệ mới này để cải thiện kiểm soát và hiệu quả của các chi giả cho những người mất chi,” Herr nói.

Các chi giả hiện tại thường được kiểm soát bằng cách sử dụng một phương pháp gọi là điện cơ học bề mặt (EMG). Trong phương pháp này, các điện cực được gắn vào bề mặt da hoặc cấy ghép vào cơ còn lại của chi giả có thể đo các tín hiệu điện từ cơ của một người. Những đo này sau đó được đưa vào chi giả để giúp người đó kiểm soát nó.

Phương pháp EMG có một số hạn chế. Ví dụ, nó không tính đến bất kỳ thông tin nào về chiều dài hoặc tốc độ của cơ, cả hai đều có thể làm cho chuyển động giả trở nên chính xác hơn.

Chiến Lược Magnetomicrometry

Chiến lược của nhóm MIT dựa trên một phương pháp gọi là magnetomicrometry, tận dụng các từ trường vĩnh cửu xung quanh các hạt từ nhỏ cấy ghép vào cơ. Một cảm biến nhỏ được gắn vào bên ngoài cơ thể, và hệ thống có thể theo dõi khoảng cách giữa hai từ trường. Các từ trường di chuyển gần nhau khi cơ co lại và xa nhau khi cơ giãn.

Các nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng hệ thống này có thể đo chính xác chuyển động tự nhiên trong một môi trường không phải phòng thí nghiệm. Họ đã đạt được điều này bằng cách tạo ra một đường chạy chướng ngại vật, mà gà có thể leo lên. Họ cũng xây dựng các hộp cho gà nhảy lên và xuống. Với cảm biến từ, nhóm có thể theo dõi chuyển động cơ trong quá trình hoạt động, và họ kết luận rằng hệ thống có thể tính toán chiều dài cơ trong ít hơn một milligiây.

Hệ thống mới này hiệu quả hơn nhiều so với phương pháp truyền thống dựa trên thiết bị X-ray cỡ phòng.

“Chúng tôi có thể cung cấp chức năng theo dõi chiều dài cơ của thiết bị X-ray cỡ phòng bằng một gói nhỏ hơn, di động hơn, và chúng tôi có thể thu thập dữ liệu liên tục thay vì bị giới hạn ở các khoảng 10 giây như fluoromicromety,” Taylor nói.

Không Có Tác Dụng Phụ Tiêu Cực Hay Hại

Trong một nghiên cứu thứ hai liên quan đến nghiên cứu, nhóm đã tìm thấy rằng các từ trường không tạo ra sẹo mô, viêm hoặc các tác dụng phụ khác. Nó cũng gợi ý rằng các thiết bị từ trường cấy ghép không gây khó chịu cho gà.

Các thiết bị cấy ghép đã được chứng minh là vẫn ổn định trong tám tháng, và chúng không di chuyển về phía nhau miễn là chúng được đặt cách nhau ít nhất ba centimet.

“Các từ trường không cần một nguồn điện ngoài, và sau khi cấy ghép vào cơ, chúng có thể duy trì toàn bộ sức mạnh của từ trường trong suốt cuộc đời của bệnh nhân,” Taylor nói.

Các nhà nghiên cứu sẽ tìm cách được FDA chấp thuận để thử nghiệm hệ thống này trên người.

“Nơi mà công nghệ này đáp ứng nhu cầu là trong việc truyền đạt những chiều dài và tốc độ cơ đến một robot đeo, để robot có thể hoạt động theo cách phù hợp với con người,” Taylor nói. “Chúng tôi hy vọng rằng magnetomicrometry sẽ cho phép một người kiểm soát một robot đeo với cùng mức độ thoải mái và dễ dàng như khi kiểm soát chi của chính mình.”