Mente e magnete

Le persone che utilizzano arti protesici dopo un'amputazione spesso faticano a farli muovere in modo naturale. Ora una nuova tecnica basata su minuscoli magneti offre il potenziale per un controllo molto più preciso e intuitivo.

Oggi, la maggior parte degli arti protesici è controllata tramite elettromiografia (EMG), che utilizza elettrodi, impiantati chirurgicamente o posizionati sulla pelle, per registrare segnali elettrici dal cervello che dicono ai muscoli dell'arto residuo di contrarsi. Ma questo non cattura ciò che il muscolo sta effettivamente facendo. La magnetomicografia (MM), l'alternativa sperimentale sviluppata dai ricercatori del gruppo di meccatronica di Hugh Herr presso il MIT Media Lab, si basa invece su coppie di sfere magnetiche incorporate nel tessuto. Misurando il modo in cui i magneti si muovono l'uno rispetto all'altro, i ricercatori possono calcolare con precisione quanto e quanto velocemente si contraggono i muscoli. Questo feedback può essere trasmesso alla protesi con poco tempo di ritardo.

Le coppie di magneti vengono utilizzate per calcolare come si muovono i muscoli dell'arto residuo di un amputato, con un feedback trasmesso a una protesi in millisecondi.

PER CORTESIA DEI RICERCATORI

Le misurazioni potrebbero quindi essere inserite in un modello computerizzato che prevede la posizione dell'arto fantasma del paziente nello spazio, in base alle contrazioni del muscolo. Un paziente sarebbe in grado di dirigere il dispositivo in modo che si muova come desiderato, con risultati corrispondenti a un'immagine mentale della posizione dell'arto.

Con la magnetomicrometria, misuriamo direttamente la lunghezza e la velocità del muscolo, afferma Herr. Attraverso la modellazione matematica dell'intero arto, possiamo calcolare le posizioni target e le velocità delle articolazioni protesiche da controllare, e quindi un semplice controller robotico può controllare quelle articolazioni.

In un articolo pubblicato di recente sul lavoro, che utilizzava sfere magnetiche di tre millimetri inserite nei muscoli del polpaccio dei tacchini, i ricercatori hanno scoperto che potevano utilizzare sensori magnetici posti all'esterno delle gambe per determinare con precisione la posizione dei magneti di 37 micron (circa la larghezza di un capello umano) mentre spostavano le articolazioni della caviglia dei tacchini. Queste misurazioni possono essere ottenute entro tre millisecondi.

Entro i prossimi anni, i ricercatori sperano di fare un piccolo studio sugli esseri umani con amputazioni sotto il ginocchio. I sensori utilizzati per controllare l'arto bionico potrebbero essere posizionati su indumenti, attaccati alla pelle o fissati all'esterno della protesi.

Il MM potrebbe anche essere utilizzato per migliorare il controllo muscolare ottenuto con una tecnica chiamata stimolazione elettrica funzionale, che ora viene utilizzata per aiutare a ripristinare la mobilità nelle persone con lesioni del midollo spinale. E potrebbe potenzialmente guidare esoscheletri robotici, che possono essere attaccati a una caviglia o a un'altra articolazione per aiutare le persone con debolezza muscolare a seguito di un ictus o qualche altro problema di salute.

In sostanza, i magneti e l'esoscheletro agiscono come un muscolo artificiale che amplificherà la produzione dei muscoli biologici nell'arto affetto da ictus, afferma Herr. È come il servosterzo utilizzato nelle automobili.

La nostra speranza è che il MM sostituisca l'elettromiografia come modo dominante per collegare il sistema nervoso periferico agli arti bionici, afferma Herr. Aggiunge che una volta inserite nel muscolo, le perline potrebbero rimanere al loro posto per tutta la vita senza bisogno di essere sostituite.

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