Les aimants pourraient offrir un meilleur contrôle des membres prothétiques

Les aimants pourraient offrir un meilleur contrôle des membres prothétiques

Des chercheurs du Media Lab du MIT ont développé une nouvelle stratégie qui pourrait offrir un contrôle beaucoup plus précis des membres prothétiques. Crédit : MIT Media Lab

Pour les personnes amputées qui ont des membres prothétiques, l’un des plus grands défis consiste à contrôler la prothèse afin qu’elle se déplace de la même manière qu’un membre naturel. La plupart des membres prothétiques sont contrôlés par électromyographie, un moyen d’enregistrer l’activité électrique des muscles, mais cette approche ne fournit qu’un contrôle limité de la prothèse.

Les chercheurs du Media Lab du MIT ont maintenant développé une approche alternative qui, selon eux, pourrait offrir un contrôle beaucoup plus précis des membres prothétiques. Après avoir inséré de petites billes magnétiques dans le tissu musculaire au sein du résidu amputé, ils peuvent mesurer avec précision la longueur d’un muscle lorsqu’il se contracte, et cette rétroaction peut être relayée à une prothèse bionique en quelques millisecondes.

Dans une nouvelle étude publiée aujourd’hui dans Robotique scientifique, les chercheurs ont testé leur nouvelle stratégie, appelée magnétomicrométrie (MM), et ont montré qu’elle peut fournir des mesures musculaires rapides et précises chez les animaux. Ils espèrent tester l’approche chez les personnes amputées au cours des prochaines années.

« Notre espoir est que la MM remplacera l’électromyographie comme moyen dominant de relier le système nerveux périphérique aux membres bioniques. Et nous avons cet espoir en raison de la haute qualité du signal que nous obtenons de la MM, et du fait qu’il est peu invasif et a un un obstacle réglementaire et un coût réduits », explique Hugh Herr, professeur d’arts et de sciences médiatiques, chef du groupe Biomécatronique du Media Lab et auteur principal de l’article.







Une équipe de recherche du MIT développe une technologie peu invasive utilisant des billes magnétiques pour suivre les souches tissulaires en temps réel. Cette nouvelle technologie, appelée magnétomicrométrie (MM), pourrait permettre un contrôle naturel et fiable des prothèses, des exosquelettes et des muscles stimulés. Le MM suit des paires de billes magnétiques intégrées dans les muscles à l’aide d’un réseau de détection mobile, qui permet de suivre individuellement les mouvements nuancés de chaque muscle avec une vitesse et une précision remarquables. Cette technologie peut grandement améliorer le contrôle neuronal et a la possibilité d’améliorer fondamentalement la façon dont les humains interagissent avec les machines. Crédit : MIT Media Lab / Cameron Taylor / Vessel Studios

Cameron Taylor, un post-doctorant du MIT, est l’auteur principal de l’étude. Parmi les autres auteurs figurent Shriya Srinivasan, postdoctorante du MIT, Seong Ho Yeon, étudiant diplômé du MIT, Thomas Roberts, professeur d’écologie et de biologie évolutive à l’Université Brown, et Mary Kate O’Donnell, postdoctorante de Brown.

Mesures précises

Avec les prothèses existantes, les mesures électriques des muscles d’une personne sont obtenues à l’aide d’électrodes qui peuvent être soit fixées à la surface de la peau, soit implantées chirurgicalement dans le muscle. Cette dernière procédure est très invasive et coûteuse, mais fournit des mesures un peu plus précises. Cependant, dans les deux cas, l’électromyographie (EMG) n’offre des informations que sur l’activité électrique des muscles, et non sur leur longueur ou leur vitesse.

« Lorsque vous utilisez un contrôle basé sur l’EMG, vous regardez un signal intermédiaire. Vous voyez ce que le cerveau dit au muscle de faire, mais pas ce que le muscle fait réellement », explique Taylor.

La nouvelle stratégie du MIT est basée sur l’idée que si des capteurs pouvaient mesurer ce que font les muscles, ces mesures offriraient un contrôle plus précis d’une prothèse. Pour y parvenir, les chercheurs ont décidé d’insérer des paires d’aimants dans les muscles. En mesurant comment les aimants se déplacent les uns par rapport aux autres, les chercheurs peuvent calculer combien les muscles se contractent et la vitesse de contraction.

Il y a deux ans, Herr et Taylor ont développé un algorithme qui a considérablement réduit le temps nécessaire aux capteurs pour déterminer les positions des petits aimants intégrés dans le corps. Cela les a aidés à surmonter l’un des principaux obstacles à l’utilisation de la MM pour contrôler les prothèses, à savoir le long délai pour de telles mesures.

Dans le nouveau Robotique scientifique papier, les chercheurs ont testé la capacité de leur algorithme à suivre les aimants insérés dans les muscles des mollets des dindes. Les billes magnétiques qu’ils utilisaient avaient un diamètre de 3 millimètres et étaient insérées à au moins 3 centimètres l’une de l’autre. Si elles sont plus proches que cela, les aimants ont tendance à migrer l’un vers l’autre.







Crédit : MIT Media Lab / Cameron Taylor / Vessel Studios

À l’aide d’un réseau de capteurs magnétiques placés à l’extérieur des pattes, les chercheurs ont découvert qu’ils étaient capables de déterminer la position des aimants avec une précision de 37 microns (environ la largeur d’un cheveu humain), alors qu’ils déplaçaient les dindes. articulations de la cheville. Ces mesures pouvaient être obtenues en trois millisecondes.

Pour le contrôle d’un membre prothétique, ces mesures pourraient être introduites dans un modèle informatique qui prédit où le membre fantôme du patient serait dans l’espace, en fonction des contractions du muscle restant. Cette stratégie ordonnerait au dispositif prothétique de se déplacer comme le souhaite le patient, correspondant à l’image mentale qu’il a de la position de ses membres.

« Avec la magnétomicrométrie, nous mesurons directement la longueur et la vitesse du muscle », explique Herr. « Grâce à une modélisation mathématique de l’ensemble du membre, nous pouvons calculer les positions cibles et les vitesses des articulations prothétiques à contrôler, puis un simple contrôleur robotique peut contrôler ces articulations. »

Contrôle musculaire

Au cours des prochaines années, les chercheurs espèrent mener une petite étude sur des patients humains ayant subi une amputation sous le genou. Ils envisagent que les capteurs utilisés pour contrôler les membres prothétiques pourraient être placés sur des vêtements, fixés à la surface de la peau ou fixés à l’extérieur d’une prothèse.

Le MM pourrait également être utilisé pour améliorer le contrôle musculaire obtenu avec une technique appelée stimulation électrique fonctionnelle, qui est maintenant utilisée pour aider à restaurer la mobilité chez les personnes atteintes de lésions de la moelle épinière. Une autre utilisation possible de ce type de contrôle magnétique serait de guider des exosquelettes robotiques, qui peuvent être attachés à une cheville ou à une autre articulation pour aider les personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral ou développé d’autres types de faiblesse musculaire.

« Essentiellement, les aimants et l’exosquelette agissent comme un muscle artificiel qui amplifiera la sortie des muscles biologiques du membre atteint d’un AVC », explique Herr. « C’est comme la direction assistée qui est utilisée dans les automobiles. »

Un autre avantage de l’approche MM est qu’elle est peu invasive. Une fois insérées dans le muscle, les billes pourraient rester en place toute une vie sans avoir besoin d’être remplacées, dit Herr.


Une nouvelle chirurgie peut permettre un meilleur contrôle des membres prothétiques


Plus d’information:
Magnétomicrométrie, Robotique scientifique (2021). robotics.sciencemag.org/lookup … /scirobotics.abg0656

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Citation: Les aimants pourraient offrir un meilleur contrôle des membres prothétiques (2021, 18 août) récupéré le 18 août 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-08-magnets-prosthetic-limbs.html

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