211service.com
Geest en magneet
Mensen die prothetische ledematen gebruiken na een amputatie hebben vaak moeite om ze op een natuurlijke manier te laten bewegen. Nu biedt een nieuwe techniek op basis van kleine magneten het potentieel voor een veel nauwkeurigere en intuïtievere bediening.
Tegenwoordig worden de meeste prothetische ledematen aangestuurd via elektromyografie (EMG), waarbij gebruik wordt gemaakt van elektroden - ofwel chirurgisch geïmplanteerd of op de huid geplaatst - om elektrische signalen van de hersenen op te nemen die de spieren in het restledemaat vertellen om samen te trekken. Maar dit legt niet vast wat de spier eigenlijk doet. Magnetomicografie (MM), het experimentele alternatief ontwikkeld door onderzoekers in de Mechatronics-groep van Hugh Herr aan het MIT Media Lab, vertrouwt in plaats daarvan op paren magnetische kralen die in het weefsel zijn ingebed. Door te meten hoe de magneten ten opzichte van elkaar bewegen, kunnen de onderzoekers precies berekenen hoeveel en hoe snel de spieren samentrekken. Deze feedback kan met weinig vertraging worden doorgegeven aan de prothese.
Magnetenparen worden gebruikt om te berekenen hoe de spieren in het restledemaat van een geamputeerde bewegen, waarbij feedback in milliseconden wordt doorgegeven aan een prothese.
MET DANK AAN DE ONDERZOEKERSDe metingen kunnen vervolgens worden ingevoerd in een computermodel dat voorspelt waar het fantoomledemaat van de patiënt zich in de ruimte zou bevinden, op basis van de samentrekkingen van de spier. Een patiënt zou het apparaat naar wens kunnen laten bewegen, waarbij de resultaten overeenkomen met een mentaal beeld van de positie van de ledematen.
Met magnetomicrometrie meten we direct de lengte en snelheid van de spier, zegt Herr. Door wiskundige modellering van het hele ledemaat kunnen we doelposities en snelheden van de te besturen prothesegewrichten berekenen, en vervolgens kan een eenvoudige robotbesturing die gewrichten aansturen.
In een recent gepubliceerd artikel over het werk, waarin magnetische kralen van drie millimeter werden gebruikt die in de kuitspieren van kalkoenen werden gestoken, ontdekten de onderzoekers dat ze magnetische sensoren aan de buitenkant van de poten konden gebruiken om de positie van de magneten met een precisie te bepalen. van 37 micron (ongeveer de breedte van een mensenhaar) terwijl ze de enkelgewrichten van de kalkoenen bewogen. Deze metingen konden binnen drie milliseconden worden verkregen.
Binnen enkele jaren hopen de onderzoekers een kleine studie te doen bij mensen met amputaties onder de knie. De sensoren die worden gebruikt om het bionische ledemaat te besturen, kunnen op kleding worden geplaatst, op de huid worden bevestigd of aan de buitenkant van de prothese worden bevestigd.
MM kan ook worden gebruikt om de spiercontrole te verbeteren die wordt bereikt met een techniek die functionele elektrische stimulatie wordt genoemd en die nu wordt gebruikt om de mobiliteit van mensen met ruggenmergletsel te helpen herstellen. En het zou mogelijk robotische exoskeletten kunnen leiden, die aan een enkel of een ander gewricht kunnen worden bevestigd om mensen te helpen met spierzwakte als gevolg van een beroerte of een ander gezondheidsprobleem.
In wezen werken de magneten en het exoskelet als een kunstmatige spier die de output van de biologische spieren in het door een beroerte aangetaste ledemaat zal versterken, zegt Herr. Het is net als de stuurbekrachtiging die in auto's wordt gebruikt.
We hopen dat MM elektromyografie zal vervangen als de dominante manier om het perifere zenuwstelsel te koppelen aan bionische ledematen, zegt Herr. Hij voegt eraan toe dat als de kralen eenmaal in de spier zijn ingebracht, ze een leven lang op hun plaats kunnen blijven zonder dat ze hoeven te worden vervangen.