بهبود سیستم کنترل اندام‌ های مصنوعی با یک فناوری جدید

محققان امیدوارند با استفاده از یک فناوری جدید، راهکار جدیدی برای کنترل اندام‌ های مصنوعی ایجاد کنند.

به گزارش تکناک ، محققان MIT با استفاده از مجموعه ای ساده از آهنرباها، روش پیچیده ای برای نظارت بر حرکات عضلانی ابداع کرده اند که امیدوارند با استفاده از آن، کنترل اندام‌ های مصنوعی برای افراد دارای قطع عضو آسان تر شود.

در دو مقاله جدید، محققان دقت و ایمنی سیستم مبتنی بر آهنربا خود را نشان دادند که می تواند طول ماهیچه ها را در حین حرکت ردیابی کند. مطالعات انجام شده بر روی حیوانات، این امیدواری را ایجاد کرده است که این استراتژی می تواند برای کمک به افرادی که دارای عضو های مصنوعی هستند استفاده شود و آنها را به گونه ای کنترل کند که حرکت طبیعی اندام را تقلید کنند.

کامرون تیلور دانشمند محقق و نویسنده ارشد از هر دو مقاله MIT می‌گوید: این نتایج اخیر نشان می‌دهد که این ابزار می‌تواند در خارج از آزمایشگاه برای ردیابی حرکت ماهیچه‌ها در طول فعالیت طبیعی استفاده شود، همچنین نشان می‌دهد که ایمپلنت‌های مغناطیسی پایدار و زیست‌سازگار هستند و باعث ناراحتی نمی‌شوند.

هیو هر، استاد علوم و هنرهای رسانه ای و یکی از مدیران مرکز یانگ برای بیونیک در MIT می گوید: من از پتانسیل بالینی بالای این فناوری جدید برای بهبود کنترل و کارایی اندام های بیونیک برای افراد مبتلا به بیماران قطع عضو بسیار هیجان زده هستم.

ردیابی حرکت

در حال حاضر، کنترل اندام‌ های مصنوعی معمولاً با استفاده از روشی به نام الکترومیوگرافی سطحی (EMG) کنترل می‌شوند. الکترودهای متصل به سطح پوست یا کاشته شده با جراحی درعضله باقیمانده اندام قطع شدهذ قرار میگیرند، که میتوانند سیگنال‌های الکتریکی عضلات فرد را اندازه‌گیری می‌کنند. این سیگنال ها  به داخل اندام مصنوعی وارد می‌شود و به فردی که قصد استفاده از آن را دارد کمک میکند.

چندین سال پیش، تیم MIT کار بر روی روش جدیدی را برای انجام این نوع اندازه‌گیری‌های عضلانی، با استفاده از رویکردی که آن‌ها مغناطیس میکرومتری می‌نامند، آغاز کردند. این استراتژی از میدان های مغناطیسی دائمی اطراف مهره های کوچک کاشته شده در عضله بهره می برد. سیستم آنها با استفاده از یک حسگر قطب نما مانند به ابعاد یک کارت اعتباری متصل به خارج بدنه می تواند فاصله بین دو آهنربا را ردیابی کند. هنگامی که یک ماهیچه منقبض می شود، آهنرباها به هم نزدیکتر می شوند و وقتی خم می شوند، از هم دورتر می شوند.

آن‌ها همچنین داده‌های خود را با اندازه‌گیری‌هایی که با استفاده از رویکرد سنتی‌تر به نام فلورومیکرومتری شناخته می‌شود، مقایسه کردند، نوعی از فناوری اشعه ایکس که به تجهیزات بسیار بزرگ‌تری نسبت به مگنتومیکرومتری نیاز دارد. اندازه‌گیری‌های مغناطیسی میکرومتری با اندازه‌گیری‌های تولید شده توسط فلورومیکرومتری به طور متوسط کمتر از یک میلی‌متر متفاوت بود.

تیلور می گوید ما می‌توانیم عملکرد ردیابی طول عضله تجهیزات اشعه ایکس در اندازه اتاق را با استفاده از بسته‌ای بسیار کوچکتر و قابل حمل ارائه کنیم و می‌توانیم به‌جای محدود شدن به تبادل های 10 ثانیه‌ای که فلورومیکرومتری محدود به آن است ، داده‌ها را به‌طور مداوم جمع‌آوری کنیم.

زیست سازگاری

در مقاله دوم، محققان بر روی زیست سازگاری ایمپلنت ها تمرکز کردند. آنها دریافتند که آهنرباها زخم، التهاب یا سایر اثرات مضر ایجاد نمی کنند. آنها همچنین نشان دادند که آهنرباهای کاشته شده راه رفتن بوقلمون ها را تغییر نمی دهد، و این نشان می دهد که آنها ناراحتی ایجاد نمی کنند. ویلیام کلارک، دانشجوی فوق دکترای دانشگاه براون، نویسنده ارشد مطالعه زیست سازگاری است.

محققان همچنین نشان دادند که ایمپلنت‌ها به مدت 8 ماه، یعنی طول مطالعه، ثابت ماندند و تا زمانی که حداقل 3 سانتی‌متر از هم کاشته شدند، به سمت یکدیگر حرکت نکردند. محققان تصور می کنند که این دانه ها، که از یک هسته مغناطیسی پوشیده شده با طلا و پلیمری به نام پاریلن تشکیل شده است، پس از کاشت می توانند به طور نامحدود در بافت باقی بمانند.

تیلور می گوید: آهنرباها به منبع انرژی خارجی نیاز ندارند و پس از کاشت آنها در عضله، می توانند قدرت کامل میدان مغناطیسی خود را در طول زندگی بیمار حفظ کنند.

تیلور می گوید: آهنرباها به منبع انرژی خارجی نیاز ندارند و پس از کاشت آنها در عضله، می توانند قدرت کامل میدان مغناطیسی خود را در طول زندگی بیمار حفظ کنند.

محققان اکنون در حال برنامه ریزی برای دریافت مجوز FDA برای آزمایش این سیستم در افراد دارای اندام مصنوعی هستند. آنها امیدوارند که از این حسگر برای کنترل پروتزها مشابه روشی که اکنون از EMG سطح استفاده می شود استفاده کنند. اندازه گیری های مربوط به طول ماهیچه ها به سیستم کنترل پروتز وارد می شود تا به هدایت آن به موقعیتی که فرد از آن استفاده می کند کمک کند.

تیلور می‌گوید: محلی که این فناوری نیاز را برآورده می‌کند، انتقال طول و سرعت ماهیچه‌ها به یک ربات پوشیدنی است، به طوری که ربات بتواند به گونه‌ای عمل کند که در کنار انسان کار کند. ما امیدواریم که مغناطیس‌میکرومتری فرد را قادر سازد تا یک ربات پوشیدنی را با همان سطح راحتی و به همان راحتی کنترل کند که کسی اندام خود را کنترل می‌کند.

علاوه بر اندام مصنوعی، این ربات‌های پوشیدنی می‌توانند شامل اسکلت‌های بیرونی روباتیک باشند که در خارج از بدن پوشیده می‌شوند تا به افراد کمک کنند پاها یا بازوهای خود را راحت‌تر حرکت دهند.