자석으로 의수 제어 개선

의족을 가진 사람들에게 가장 큰 도전 중 하나는 의수가 자연적인 사지와 같은 방식으로 움직이도록 의수를 제어하는 ​​것입니다. 대부분의 의족은 근전도(근육의 전기적 활동을 기록하는 방법)를 사용하여 제어되지만 이 접근 방식은 의수를 제한적으로만 제어할 수 있습니다.

연구원들은 의수를 훨씬 더 정밀하게 제어할 수 있는 대안적 접근 방식을 개발했습니다. 절단된 잔유물 내의 근육 조직에 작은 자기 구슬을 삽입한 후 수축할 때 근육의 길이를 정확하게 측정할 수 있으며 이 피드백은 밀리초 이내에 생체 공학 보철물에 전달될 수 있습니다. 자기현미경(MM)이라고 하는 이 전략은 빠르고 정확한 근육 측정을 제공할 수 있습니다.

기존의 보철 장치를 사용하면 피부 표면에 부착하거나 외과적으로 근육에 이식할 수 있는 전극을 사용하여 사람의 근육에 대한 전기적 측정을 얻을 수 있습니다. 후자의 절차는 매우 침습적이고 비용이 많이 들지만 다소 더 정확한 측정을 제공합니다. 두 경우 모두 근전도 검사(EMG)는 근육의 길이나 속도가 아닌 근육의 전기적 활동에 대한 정보만 제공합니다.

새로운 전략은 센서가 근육이 하는 일을 측정할 수 있다면 이러한 측정이 보철물을 보다 정밀하게 제어할 수 있다는 아이디어를 기반으로 합니다. 이를 달성하기 위해 연구원들은 한 쌍의 자석을 근육에 삽입했습니다. 자석이 서로에 대해 어떻게 움직이는지를 측정함으로써 근육이 얼마나 수축하고 있는지와 수축 속도를 계산할 수 있습니다.

의수 제어를 위해 이러한 측정값을 컴퓨터 모델에 입력하면 나머지 근육의 수축을 기반으로 환자의 가상 사지가 공간에서 어디에 위치할지 예측할 수 있습니다. 이 전략은 보철 장치가 환자가 원하는 방향으로 움직이도록 지시하여 사지 위치에 대한 정신적 그림과 일치합니다. 전체 팔다리의 수학적 모델링을 통해 연구원들은 제어할 의수 관절의 목표 위치와 속도를 계산할 수 있으며 간단한 로봇 컨트롤러가 이러한 관절을 제어할 수 있습니다.

연구원들은 의수를 제어하는 ​​데 사용되는 센서가 의복에 놓이거나 피부 표면에 부착되거나 의수 외부에 부착될 수 있다고 생각합니다.

MM은 또한 기능적 전기 자극이라는 기술로 달성된 근육 조절을 개선하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 종류의 자기 제어의 또 다른 가능한 용도는 로봇 외골격을 안내하는 것입니다. 이 외골격은 발목이나 다른 관절에 부착되어 뇌졸중을 앓거나 다른 종류의 근력 약화가 발생한 사람들을 도울 수 있습니다.

본질적으로 자석과 외골격은 뇌졸중으로 손상된 사지의 생물학적 근육의 출력을 증폭시키는 인공 근육 역할을 합니다. MM 접근법의 또 다른 장점은 최소 침습적이라는 것입니다. 일단 근육에 삽입되면 구슬은 교체할 필요 없이 평생 제자리에 남아 있을 수 있습니다.