Sind og magnet

Folk, der bruger proteser efter en amputation, kæmper ofte for at få dem til at bevæge sig naturligt. Nu giver en ny teknik baseret på bittesmå magneter potentialet for meget mere præcis og intuitiv kontrol.

I dag styres de fleste protetiske lemmer via elektromyografi (EMG), som bruger elektroder - enten implanteret kirurgisk eller placeret på huden - til at optage elektriske signaler fra hjernen, der fortæller musklerne i det resterende lemmer at trække sig sammen. Men dette fanger ikke, hvad musklen rent faktisk gør. Magnetomikografi (MM), det eksperimentelle alternativ udviklet af forskere i Hugh Herr's Mechatronics-gruppe ved MIT Media Lab, er i stedet afhængig af par af magnetiske perler indlejret i vævet. Ved at måle, hvordan magneterne bevæger sig i forhold til hinanden, kan forskerne beregne præcist, hvor meget og hvor hurtigt musklerne trækker sig sammen. Denne feedback kan videresendes til protesen med kort forsinkelse.

Par magneter bruges til at beregne, hvordan musklerne i en amputerets resterende lem bevæger sig, med feedback videregivet til en protese i millisekunder.

TILLADELSE AF FORSKERNE

Målingerne kunne derefter føres ind i en computermodel, der forudsiger, hvor patientens fantomlem ville være i rummet, baseret på muskelsammentrækningerne. En patient ville være i stand til at styre enheden til at bevæge sig som ønsket, hvor resultaterne matcher et mentalt billede af lemmerpositionen.

Med magnetomikrometri måler vi direkte muskellængden og hastigheden, siger Herr. Gennem matematisk modellering af hele lemmen kan vi beregne målpositioner og hastigheder for de ledproteser, der skal kontrolleres, og så kan en simpel robotcontroller styre disse led.

I et nyligt offentliggjort papir om værket, som brugte tre-millimeter magnetiske perler indsat i lægmusklerne på kalkuner, fandt forskerne ud af, at de kunne bruge magnetiske sensorer placeret på ydersiden af ​​benene til at bestemme placeringen af ​​magneterne med en præcision på 37 mikron (ca. bredden af ​​et menneskehår), da de bevægede kalkunernes ankelled. Disse målinger kunne opnås inden for tre millisekunder.

Inden for de næste par år håber forskerne at lave en lille undersøgelse af mennesker med amputationer under knæet. Sensorerne, der bruges til at kontrollere det bioniske lem, kan placeres på tøj, fastgøres til huden eller fastgøres til ydersiden af ​​protesen.

MM kunne også bruges til at forbedre muskelkontrol opnået med en teknik kaldet funktionel elektrisk stimulation, som nu bruges til at hjælpe med at genoprette mobiliteten hos personer med rygmarvsskader. Og det kan potentielt guide robotiske eksoskeletoner, som kan fastgøres til en ankel eller et andet led for at hjælpe mennesker med muskelsvaghed som følge af et slagtilfælde eller et andet sundhedsproblem.

I det væsentlige fungerer magneterne og exoskeletet som en kunstig muskel, der vil forstærke outputtet af de biologiske muskler i den slagtilfælde-hæmmede lem, siger Herr. Det er ligesom servostyringen, der bruges i biler.

Vores håb er, at MM vil erstatte elektromyografi som den dominerende måde at forbinde det perifere nervesystem til bioniske lemmer, siger Herr. Han tilføjer, at når de først er indsat i musklen, kan perlerne forblive på plads i et helt liv uden at skulle udskiftes.

skjule