Un equipo de investigadores del MIT ha desarrollado una forma innovadora de monitorear los movimientos musculares. Según el equipo, este nuevo sistema facilitará que las personas controlen las prótesis y otros dispositivos robóticos portátiles.
Se publicaron dos trabajos de investigación en la revista Fronteras en Bioingeniería y Biotecnología.
Se demostró que el sistema basado en imanes es muy preciso y seguro, y puede rastrear la longitud de los músculos durante el movimiento. El equipo realizó estudios en animales y demostró que la estrategia podría usarse para ayudar a las personas con dispositivos protésicos a controlarlos de una manera más natural.
Cameron Taylor es científico investigador del MIT y coautor principal de la investigación.
“Estos resultados recientes demuestran que esta herramienta se puede usar fuera del laboratorio para rastrear el movimiento muscular durante la actividad natural y también sugieren que los implantes magnéticos son estables y biocompatibles y que no causan molestias”, dijo Taylor.
Medición de los músculos durante los movimientos naturales
La investigación mostró que podían medir con precisión la longitud de los músculos de la pantorrilla de los pavos mientras realizaban varios movimientos naturales como correr y saltar. Los midieron con pequeñas perlas magnéticas, que demostraron que no causan inflamación ni otros efectos adversos después de implantarse en el músculo.
Hugh Herr es profesor de artes y ciencias de los medios, codirector del Centro de Biónica K. Lisa Yang del MIT y miembro asociado del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT.
“Estoy muy emocionado por el potencial clínico de esta nueva tecnología para mejorar el control y la eficacia de las extremidades biónicas para personas con pérdida de extremidades”, dice Herr.
Las extremidades protésicas eléctricas actuales generalmente se controlan con un enfoque llamado electromiografía de superficie (EMG). En este enfoque, los electrodos adheridos a la superficie de la piel o implantados en el músculo residual de la extremidad amputada pueden medir las señales eléctricas de los músculos de un individuo. Estas medidas luego se introducen en la prótesis para ayudar a la persona a controlarla.
El enfoque EMG tiene algunas limitaciones. Por un lado, no tiene en cuenta ninguna información sobre la longitud o la velocidad del músculo, las cuales podrían hacer que los movimientos protésicos sean más precisos.
Estrategia de magnetomicrometría
La estrategia del equipo del MIT se basa en un enfoque llamado magnetomicrometría, que aprovecha los campos magnéticos permanentes que rodean las pequeñas perlas implantadas en un músculo. Se adjunta un pequeño sensor al exterior del cuerpo y el sistema puede rastrear las distancias entre los dos imanes. Los imanes se acercan cuando un músculo se contrae y se separan cuando se flexiona.
Los investigadores demostraron que este sistema podía medir con precisión los movimientos naturales en un entorno que no era de laboratorio. Lo lograron creando primero una carrera de obstáculos con rampas, que los pavos podían escalar. También construyeron cajas para que los pavos subieran y bajaran. Con el sensor magnético, el equipo pudo rastrear los movimientos musculares durante las actividades y concluyeron que el sistema podía calcular la longitud de los músculos en menos de un milisegundo.
El nuevo sistema es mucho más eficiente que el enfoque tradicional que se basa en grandes equipos de rayos X.
“Podemos proporcionar la funcionalidad de seguimiento de la longitud muscular del equipo de rayos X del tamaño de una habitación utilizando un paquete portátil mucho más pequeño, y podemos recopilar los datos continuamente en lugar de estar limitados a las ráfagas de 10 segundos que la fluoromicrometría se limita a”, dice Taylor.
Sin efectos negativos o dañinos
En un segundo estudio relacionado con la investigación, el equipo descubrió que los imanes no generaban cicatrices en los tejidos, inflamación u otros efectos nocivos. También sugirió que los imanes implantados no causaron ninguna molestia a los pavos.
Se demostró que los implantes permanecieron estables durante ocho meses y no migraron entre sí siempre que se colocaran con una separación de al menos tres centímetros.
“Los imanes no requieren una fuente de energía externa y, después de implantarlos en el músculo, pueden mantener la fuerza total de su campo magnético durante toda la vida del paciente”, dice Taylor.
Los investigadores ahora buscarán obtener la aprobación de la FDA para probar el sistema en humanos.
“El lugar donde esta tecnología satisface una necesidad es comunicar esas longitudes y velocidades musculares a un robot portátil, para que el robot pueda funcionar de una manera que funcione en conjunto con el ser humano”, dice Taylor. “Esperamos que la magnetomicrometría permita a una persona controlar un robot portátil con el mismo nivel de comodidad y la misma facilidad con la que alguien controlaría su propia extremidad”.