Gli impianti di sfere magnetiche danno alle protesi robotiche un tracciamento muscolare in tempo reale
I ricercatori del MIT hanno tracciato i movimenti muscolari di tre persone amputate usando sensori magnetici wireless per migliorare il controllo neuroprotesico.
Di Letizia Giugliano
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Tre persone amputate hanno testato con successo un sistema di tracciamento magnetico impiantabile che misura i movimenti muscolari in tempo reale. Lo studio del Massachusetts Institute of Technology, pubblicato sulla rivista Nature Sensors, offre una nuova interfaccia fisica per i controllori robotici che guidano le protesi avanzate.
Oltre quarant'anni di elettrodi cutanei
Per quarant'anni i sistemi di controllo neuroprotesico si sono basati sull'elettromiografia, una tecnica che utilizza elettrodi di superficie sulla pelle per rilevare i segnali elettrici nel tessuto muscolare. Questo approccio presenta limiti meccanici: i dati elettrici non trasmettono direttamente posizione, coppia o resistenza. Gli elettrodi cutanei soffrono inoltre di deriva del segnale quando un muscolo resta contratto, captano interferenze dai muscoli adiacenti e perdono il contatto quando si forma il sudore.
Per superare questi problemi, un team guidato dall'autore senior e inventore Hugh Herr, professore di arti e scienze dei media e co-direttore del K. Lisa Yang Center for Bionics del MIT, si è rivolto a un metodo di tracciamento meccanico noto come magnetomiometria, come riportato da MedicalXpress. La tecnica aggira i proxy elettrici misurando direttamente la lunghezza fisica e la velocità delle fibre muscolari, segnando un'innovazione notevole nelle protesi bioniche.
«Questa interfaccia è minimamente invasiva, quindi potrebbe essere accessibile a più persone. Si posizionano due sfere nel muscolo e si ha accesso a tutte queste ricche informazioni sulla dinamica muscolare.»
— Christopher Shallal, MIT
Due sfere magnetiche per tracciare la dinamica muscolare
L'invenzione funziona posizionando coppie di sfere magnetiche in miniatura all'interno del tessuto muscolare bersaglio. Quando il muscolo circostante si contrae o si allunga, i sensori esterni montati sulla superficie della pelle tracciano le variazioni del campo magnetico per calcolare la distanza esatta tra le due sfere.
Il co-autore principale Christopher Shallal, ricercatore laureato nel Programma Harvard-MIT in Scienze della salute e tecnologia, ha descritto l'approccio come un'alternativa minimamente invasiva ai metodi precedenti. Poiché i campi magnetici attraversano il tessuto biologico senza fili, il sensore legge la meccanica muscolare direttamente attraverso la pelle. Il co-autore principale Cameron Taylor, professore assistente di ingegneria biomedica presso la University of North Carolina at Chapel Hill, aveva già verificato la tecnica su modelli animali nel 2021 prima di passare alle sperimentazioni sull'uomo, secondo MedicalXpress.
Prove con cursore in pazienti operati di chirurgia per arti bionici
La sperimentazione clinica ha valutato il sistema in tre partecipanti con amputazioni sotto il ginocchio che erano stati precedentemente sottoposti a una procedura di interfaccia mioneurale agonista-antagonista, nota come AMI. Durante questo intervento, coppie di muscoli antagonisti vengono ricollegate chirurgicamente in modo che, quando un muscolo si contrae, il suo partner si allunghi dinamicamente.
Durante le prove dello studio riportate da MedicalXpress, i partecipanti non indossavano un arto prototipo fisico. Invece, muovevano i muscoli residui per guidare un cursore sullo schermo verso dei bersagli. Il tracciamento wireless ha permesso al sistema di registrare la dinamica muscolare continua, fornendo il tipo di dati meccanici di output necessari ai controllori robotici per costruire un'andatura più naturale.
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