Umysł i magnes

Osoby używające protez kończyn po amputacji często mają trudności z ich naturalnym ruchem. Teraz nowa technika oparta na maleńkich magnesach oferuje możliwość znacznie bardziej precyzyjnego i intuicyjnego sterowania.

Obecnie większość protez kończyn jest kontrolowana za pomocą elektromiografii (EMG), która wykorzystuje elektrody – wszczepiane chirurgicznie lub umieszczane na skórze – do rejestrowania sygnałów elektrycznych z mózgu, które informują mięśnie kikuta kończyny o skurczu. Ale to nie oddaje tego, co faktycznie robi mięsień. Magnetomografia (MM), eksperymentalna alternatywa opracowana przez naukowców z grupy Hugh Herr's Mechatronics w MIT Media Lab, opiera się zamiast tego na parach kulek magnetycznych osadzonych w tkance. Mierząc, jak magnesy poruszają się względem siebie, naukowcy mogą dokładnie obliczyć, jak bardzo i jak szybko kurczą się mięśnie. Ta informacja zwrotna może zostać przekazana do protezy z niewielkim opóźnieniem.

Pary magnesów są wykorzystywane do obliczania, w jaki sposób poruszają się mięśnie kikuta osoby po amputacji, a sprzężenie zwrotne jest przekazywane do protezy w ciągu milisekund.

DZIĘKI UPRZEJMOŚCI BADACZY

Pomiary można następnie wprowadzić do modelu komputerowego, który na podstawie skurczów mięśni przewiduje, gdzie w przestrzeni znajdzie się kończyna fantomowa pacjenta. Pacjent byłby w stanie skierować urządzenie tak, aby poruszało się zgodnie z potrzebami, a wyniki pasowałyby do mentalnego obrazu pozycji kończyny.

Za pomocą magnetomikrometrii mierzymy bezpośrednio długość i prędkość mięśnia, mówi Herr. Poprzez matematyczne modelowanie całej kończyny możemy obliczyć docelowe pozycje i prędkości kontrolowanych stawów protetycznych, a następnie prosty kontroler robota może sterować tymi stawami.

W niedawno opublikowanym artykule na temat pracy, w której wykorzystano trzymilimetrowe kulki magnetyczne umieszczane w mięśniach łydek indyków, naukowcy odkryli, że mogą użyć czujników magnetycznych umieszczonych na zewnątrz nóg, aby precyzyjnie określić położenie magnesów. 37 mikronów (o szerokości ludzkiego włosa), gdy poruszały stawami skokowymi indyków. Pomiary te można było uzyskać w ciągu trzech milisekund.

W ciągu najbliższych kilku lat naukowcy mają nadzieję przeprowadzić małe badanie na ludziach z amputacjami poniżej kolana. Czujniki używane do kontrolowania bionicznej kończyny mogą być umieszczone na odzieży, przymocowane do skóry lub przymocowane na zewnątrz protezy.

MM można również wykorzystać do poprawy kontroli mięśni osiągniętej dzięki technice zwanej funkcjonalną stymulacją elektryczną, która jest obecnie wykorzystywana do przywracania mobilności osobom z urazami rdzenia kręgowego. Może też potencjalnie kierować robotami egzoszkieletowymi, które mogą być przymocowane do kostki lub innego stawu, aby pomóc osobom z osłabieniem mięśni w wyniku udaru lub innego problemu zdrowotnego.

Zasadniczo magnesy i egzoszkielet działają jak sztuczny mięsień, który wzmacnia pracę biologicznych mięśni kończyny dotkniętej udarem, mówi Herr. To jak wspomaganie kierownicy używane w samochodach.

Mamy nadzieję, że MM zastąpi elektromiografię jako dominujący sposób łączenia obwodowego układu nerwowego z bionicznymi kończynami, mówi Herr. Dodaje, że po włożeniu do mięśnia koraliki mogą pozostać na swoim miejscu przez całe życie bez konieczności wymiany.

ukryć