Sinn og magnet

Personer som bruker proteser etter en amputasjon sliter ofte med å få dem til å bevege seg naturlig. Nå gir en ny teknikk basert på bittesmå magneter potensialet for mye mer presis og intuitiv kontroll.

I dag styres de fleste protetiske lemmer via elektromyografi (EMG), som bruker elektroder – enten implantert kirurgisk eller plassert på huden – for å registrere elektriske signaler fra hjernen som forteller musklene i det resterende lemmen å trekke seg sammen. Men dette fanger ikke hva muskelen faktisk gjør. Magnetomikografi (MM), det eksperimentelle alternativet utviklet av forskere i Hugh Herrs mekatronikkgruppe ved MIT Media Lab, er i stedet avhengig av par med magnetiske perler innebygd i vevet. Ved å måle hvordan magnetene beveger seg i forhold til hverandre, kan forskerne beregne nøyaktig hvor mye og hvor raskt musklene trekker seg sammen. Denne tilbakemeldingen kan videresendes til protesen med kort etterslep.

Par med magneter brukes til å beregne hvordan musklene i en amputerts gjenværende lem beveger seg, med tilbakemelding videresendt til en protese i millisekunder.

GJENNOMFØRING AV FORSKERNE

Målingene kan deretter mates inn i en datamodell som forutsier hvor pasientens fantomlem vil være i rommet, basert på sammentrekningene av muskelen. En pasient vil være i stand til å styre enheten til å bevege seg som ønsket, med resultatene som samsvarer med et mentalt bilde av lemposisjonen.

Med magnetomikrometri måler vi direkte lengden og hastigheten til muskelen, sier Herr. Gjennom matematisk modellering av hele lemmen kan vi beregne målposisjoner og hastigheter for leddprotesene som skal kontrolleres, og deretter kan en enkel robotkontroller kontrollere disse leddene.

I en nylig publisert artikkel om arbeidet, som brukte tre millimeter magnetiske perler satt inn i leggmusklene til kalkuner, fant forskerne at de kunne bruke magnetiske sensorer plassert på utsiden av bena for å bestemme plasseringen av magnetene med en presisjon på 37 mikron (omtrent bredden av et menneskehår) da de beveget kalkunenes ankelledd. Disse målingene kunne oppnås innen tre millisekunder.

I løpet av de neste årene håper forskerne å gjøre en liten studie på mennesker med amputasjoner under kneet. Sensorene som brukes til å kontrollere det bioniske lemmet kan plasseres på klær, festes til huden eller festes på utsiden av protesen.

MM kan også brukes til å forbedre muskelkontrollen som oppnås med en teknikk som kalles funksjonell elektrisk stimulering, som nå brukes til å gjenopprette mobiliteten hos personer med ryggmargsskader. Og det kan potensielt lede robotiske eksoskjeletter, som kan festes til en ankel eller et annet ledd for å hjelpe mennesker med muskelsvakhet som følge av et slag eller et annet helseproblem.

I hovedsak fungerer magnetene og eksoskjelettet som en kunstig muskel som vil forsterke produksjonen av de biologiske musklene i det slaghemmede lemmet, sier Herr. Det er som servostyringen som brukes i biler.

Vårt håp er at MM vil erstatte elektromyografi som den dominerende måten å koble det perifere nervesystemet til bioniske lemmer, sier Herr. Han legger til at når de først er satt inn i muskelen, kan kulene forbli på plass i en mannsalder uten å måtte byttes ut.

gjemme seg