Магнитные датчики предлагают повышенную точность для управления протезными конечностями

Для людей с протезными конечностями одной из самых больших проблем является контроль протеза так, чтобы он двигался так же, как натуральная конечность. Большинство протезных конечностей контролируются с использованием электромиографии — способа записи электрической активности от мышц — но этот подход обеспечивает только ограниченный контроль протеза.

Исследователи разработали альтернативный подход, который может предложить гораздо более точный контроль протезных конечностей. После вставки маленьких магнитных бусин в мышечную ткань внутри ампутированного остатка, они могут точно измерить длину мышцы при ее сокращении, и эта обратная связь может быть передана бионическому протезу в течение миллисекунд. Стратегия, называемая магнетомикрометрией (MM), может обеспечивать быстрые и точные измерения мышц.

С существующими протезными устройствами электрические измерения мышц человека получаются с использованием электродов, которые могут быть либо прикреплены к поверхности кожи, либо хирургически имплантированы в мышцу. Последняя процедура высокоинвазивна и дорога, но обеспечивает несколько более точные измерения. В любом случае, электромиография (EMG) предлагает информацию только об электрической активности мышц, не их длине или скорости.

Новая стратегия основана на идее, что если датчики могли бы измерять, что делают мышцы, эти измерения предложили бы более точный контроль протеза. Для достижения этого исследователи вставили пары магнитов в мышцы. Измеряя, как магниты движутся относительно друг друга, они могут рассчитать, насколько мышцы сокращаются и скорость сокращения.

Для контроля протезной конечности эти измерения могут быть введены в компьютерную модель, которая предсказывает, где фантомная конечность пациента была бы в пространстве, основываясь на сокращениях оставшейся мышцы. Эта стратегия направила бы протезное устройство двигаться так, как пациент хочет, соответствуя ментальной картине, которую они имеют о положении своей конечности. Через математическое моделирование всей конечности исследователи могут вычислить целевые позиции и скорости протезных суставов для контроля, а затем простой роботизированный контроллер может контролировать эти суставы.

Исследователи видят, что датчики, используемые для контроля протезных конечностей, могут быть размещены на одежде, прикреплены к поверхности кожи или закреплены снаружи протеза.

MM также может использоваться для улучшения мышечного контроля, достигаемого с техникой, называемой функциональная электрическая стимуляция, которая сейчас используется для помощи в восстановлении подвижности у людей с повреждениями спинного мозга. Еще одно возможное использование такого магнитного контроля — направление роботизированных экзоскелетов, которые могут быть прикреплены к лодыжке или другому суставу для помощи людям, перенесшим инсульт или развившим другие виды мышечной слабости.

По сути, магниты и экзоскелет действуют как искусственная мышца, которая усиливает выход биологических мышц в инсульт-поврежденной конечности. Еще одно преимущество подхода MM — он минимально инвазивен. После вставки в мышцу бусины могут оставаться на месте пожизненно без необходимости замены.