Små magneter i musklerne kan give et præcist signal om, hvordan musklerne bevæger sig. I et studie offentliggjort den 29. oktober i Nature Sensors har forskere afprøvet et system, der følger implanterede magnetkugler gennem huden. Tre deltagere med amputation under knæet brugte målingerne til en virtuel kontrolopgave.

Målet er på længere sigt at give mennesker mere naturlig kontrol over robotproteser. Den aktuelle undersøgelse handler om måling og styring i et afgrænset forsøg. Deltagerne bar ikke en protese under opgaverne, understreger MIT i sin meddelelse om arbejdet.

Musklernes bevægelse bliver et signal

Systemet hedder MuSE og bruger en gruppe magnetometre placeret på huden. Sensorerne følger passive magnetkugler med en diameter på tre millimeter inde i musklerne. Ifølge forskningsartiklen kan platformen registrere muskeldynamik i realtid med opløsning under en millimeter ved dybder på op til seks centimeter.

Når en muskel forkortes eller strækkes, ændres afstanden mellem de implanterede magneter. Den ændring kan omsættes til information om musklens længde og hastighed. Metoden kaldes magnetomicrometri og giver dermed en anden type indgang til styring end alene at registrere musklens elektriske aktivering.

Forskellen kan sammenlignes med at kende både beskeden til en maskine og dens faktiske bevægelse. De to oplysninger hænger sammen, men er ikke identiske. Hvis man vil styre et mekanisk led, er det relevant at vide, hvad bevægelsen bliver til, og ikke kun at et aktiveringssignal er til stede.

En direkte sammenligning hos tre deltagere

Christopher C. Shallal og Cameron R. Taylor er fælles førsteforfattere på studiet, som har Hugh M. Herr blandt de ledende forskere. Holdet sammenlignede de magnetiske målinger med både overfladeelektroder og implanterede elektroder. På de fleste undersøgte mål matchede eller overgik den magnetiske metode de elektriske målinger, oplyser artiklens sammendrag.

MIT beskriver, at deltagerne havde en særlig kirurgisk forbindelse mellem modvirkende muskelpar, en agonist-antagonist-myoneural grænseflade, forkortet AMI. Det er en vigtig del af forsøgets ramme. Resultater fra denne gruppe kan ikke uden videre overføres til alle mennesker med en amputation.

Opgaven var blandt andet at flytte en markør mod et mål på en skærm ved hjælp af musklerne. Skærmopgaven gav forskerne en fælles ramme til at sammenligne de forskellige signaler. Den gør det muligt at undersøge præcision og respons uden samtidig at lade en fysisk proteses mekanik bestemme resultatet.

Hvorfor er skærmopgaven ikke det samme som gang?

En markør og en benprotese stiller forskellige krav. Under gang skal et system fungere sammen med kropsvægt, underlag og skiftende bevægelser. Et præcist målesignal er nødvendigt, men den samlede funktion afhænger også af controlleren, protesen og brugerens samspil med den.

Det er derfor væsentligt at læse resultatet på det niveau, det er afprøvet. Forsøget giver støtte til sensorteknologien og dens anvendelse som kontrolsignal. Det fastslår ikke, at brugerne allerede kan gå mere sikkert eller mere naturligt med en kommerciel protese baseret på magneterne.

Implantater kræver stadig et indgreb

Trådløs aflæsning betyder her, at sensorens måling kan ske gennem vævet. Magneterne skal stadig placeres i musklerne ved et indgreb. MIT beskriver dem som belagt med guld og polymeren parylene C, og forskerne arbejder videre med en større undersøgelse af faktisk protesestyring.

Tre deltagere kan give værdifulde gentagne målinger, men gruppen er lille. Fremtidige afprøvninger skal vise, hvordan metoden fungerer på tværs af flere brugere og praktiske situationer. Det afgørende næste spørgsmål er, om signalets præcision kan blive til en mærkbar fordel, når hele protesesystemet bruges.

Nyheden er en menneskelig afprøvning af et magnetisk målesystem med et konkret sammenligningsgrundlag. Den åbner et spor mellem musklens mekanik og robotstyring, mens den praktiske gevinst for bevægelse i hverdagen fortsat skal undersøges.

Det understreger et generelt princip i udvikling af hjælpemidler: En bedre sensor skal vurderes både på sine målinger og på, hvad brugeren faktisk kan opnå med den færdige løsning.

Kilder og videre læsning

Har du fundet en fejl? Læs om rettelser.