Magnetima do sigurnijeg pokreta osoba s amputacijom

Uz pomoć magneta mišići amputiraca se stežu i istežu, a vanjski senzori mjere udaljenost između magneta što preciznije određuje smjer kretanja

Poslušaj članak

Istraživači s poznatog Massachusetts Institute of Technology sveučilišta već godinama razvijaju brojna tehnološka pomagala koja osobama s invaliditetom pomažu u svakodnevnom životu. Tako su nedavno došli do otkrića da pomoću sitnih magnetskih kuglica mogu bolje kontrolirati protetske udove, piše MIT News.

Dosadašnji uređaji mjerili su brzinu pokreta, duljinu kretanja i aktivaciju mišića pomoću elektroda postavljenih na kožu pacijenta. Međutim, to se nije pokazalo najsigurnijom opcijom za kretanje osoba s amputacijom.

Tim znanstvenika sa Massachusetts Institute of Technology sveučilišta razvio je magnetski sustav praćenja pokreta koji daje preciznija mjerenja, a samim tim može doprinijeti sigurnijem kretanju osoba koje koriste protetska pomagala.

– Četiri desetljeća standardna metodologija za neuralno upravljanje protezama bila je korištenje kožnih elektroda za mjerenje aktivacije mišića. Međutim, za upravljanje protetskim udom potrebno je kontrolirati položaj zgloba, moment ili impedanciju, a takvi mehanički signali ne mogu se izravno odrediti samo električnom aktivacijom – ističe profesor medijskih umjetnosti i znanosti, sudirektor Centra za bioniku K. Lisa Yang na Sveučilištu, i voditelj studije, Hugh Herr.

Znanstvenici su proveli studiju u kojoj je sudjelovalo troje amputiraca kako bi dokazali da magnetsko praćenje mišića zaista funkcionira. Ispitanici su imali amputaciju ispod koljena.

Tim znanstvenika na čelu s profesorom Herrom dugi niz godina razvija takozvana „čovjek – stroj” sučelja. Njih se koristi kako bi ljudi koji nose proteze imali što prirodnije pokrete. Ta sučelja oslanjaju se na električne signale koje šalju kožne elektrode uz pomoć kojih se zatim pokreće dio mišića u amputiranom udu.  

Ali s obzirom na to da elektromiografija ne odgovara sa 100% točnosti u pokretu, ona ne može adekvatno zamijeniti pokret prirodnog mišića.

Upravo zbog toga znanstvenici su počeli ispitivati magnetski sustav praćenja mišića, odnosno magnetomikrometriju. Tom metodom dva magneta se ugrađuju u mišić. Na taj način kada se mišić steže ili isteže, vanjski senzori koji su postavljeni na kožu mjere udaljenost između magneta te se tako dobije izračun duljine i jačine mišića, što bi trebalo donijeti pravilnost pokreta i smjera kretanja kakav ima zdrav čovjek.

Pacijenti koji su sudjelovali u studiji imali su amputaciju potkoljenice, a svima su amputirani udovi putem agonist-antagonist metode koja pacijentima omogućuje prirodan osjećaj kretanja bioničkog uda.

Naime, s obzirom na to da temeljni motorički sustav u čovjekovom tijelu radi u paru, a kod amputiraca je dio mišića izgubljen, za kretanje zgloba u oba smjera potrebna su dva suprotna mišića. Agonist-antagonist metodom rekonstruira se biološki sustav unutar preostalog dijela uda, odnosno mišićni parovi se ponovo povezuju te nastavljaju „komunikaciju“.

Ta povratna informacija šalje signal amputircu na koji način da postavi protezu i odredi smjer kretanja.

Sudionicima su ugrađeni magneti u četiri mišića gležnja. Magnetski signali mogu se očitavati s dubine do 6 centimetara od površine kože, pomoću prilagođenog vanjskog senzora koji se nosi preko kože, postavljenog preko mišića koji se prate.

Kod svakog sudionika u iste mišiće ugrađene su i elektrode. Tako su znanstvenici imali tri vrste mjerenja – magnetomikrometrije, elektromiografije s ugrađenim elektrodama i elektromiografije s elektrodama na površini kože.   

Kroz eksperiment sudionici su pomicali kursor samo pomoću pokreta mišića. Uz pomoć svake od tri tehnike mjerenja, signali dobiveni pokretima mišića prevedeni su u kontrolne signale koji su pomicali kursor. U budućnosti bi se ti signali mogli unositi u kontroler bioničke proteze za gležanj i stopalo.

– Kursor na zaslonu predstavljao je stupanj kretanja koje bi kontrolirali na robotskoj protezi za gležanj i stopalo. Ovaj virtualni neuroprotetski zadatak omogućio nam je usporedbu performansi na različitim neuronskim sučeljima, a naši rezultati sugeriraju da pristup temeljen na magnetima može ponuditi točniju i stabilniju kontrolu – zaključio je Christopher Shallal, bivši student MIT-a i jedan od autora studije.