EnglishMIT test besturing van robotprothesen met kleine geïmplanteerde magneten
Onderzoekers van MIT testten voor het eerst bij mensen een prothesebesturing met kleine magneetjes in de spieren. Bij drie mensen met een onderbeenamputatie gaven de magneten stabielere stuursignalen dan elektroden op de huid.
Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een nieuwe manier getest om een prothese met de eigen spieren aan te sturen: met kleine magneetjes in de spier. De techniek heet magnetomicrometry. Na jaren van proeven bij dieren is hij nu voor het eerst bij mensen getest, bij drie mensen met een onderbeenamputatie. De resultaten staan in het vakblad Nature Sensors.
Waarom een nieuwe besturing?
De meeste protheses die je met je spieren bestuurt, gebruiken elektromyografie (EMG). Elektroden, meestal op de huid, vangen dan de kleine elektrische signalen op die een spier geeft als hij aan het werk gaat. Dat werkt, maar het vertelt niet precies wat de spier doet: hoe lang hij is en hoe snel hij korter of langer wordt. Bovendien worden de signalen minder betrouwbaar door zweet, door een spier die een paar seconden in dezelfde stand blijft, of door signalen van spieren ernaast.
Magnetomicrometry meet de beweging zelf. In een spier worden twee magneetjes geplaatst van ongeveer 3 millimeter doorsnede, zo groot als een sesamzaadje, met een laagje goud en kunststof eromheen. Trekt de spier samen, dan komen de magneetjes dichter bij elkaar; strekt hij, dan gaan ze verder uit elkaar. Een sensor die over de spier op de huid wordt gedragen, meet die afstand en berekent zo de lengte en de snelheid van de spier. De magneetjes hebben geen batterij of draad nodig en zijn tot 6 centimeter onder de huid te volgen.
Eerst getest bij kalkoenen
Het team van hoogleraar Hugh Herr van het MIT Media Lab werkt al sinds 2021 aan deze techniek. In een eerste studie bij kalkoenen bepaalden de onderzoekers de plek van de magneetjes tot op 37 micrometer nauwkeurig, ongeveer de dikte van een haar, binnen drie duizendste seconde. In een vervolgstudie uit 2022 volgden ze de spieren van vrij bewegende kalkoenen. De magneetjes veroorzaakten geen ontsteking of littekenweefsel en bleven de hele studie van acht maanden stabiel op hun plek, zolang ze minstens 3 centimeter uit elkaar zaten.
Afspelen laadt YouTube, dat cookies kan plaatsen. Meer uitleg
Eerste test bij mensen
De drie deelnemers hadden eerder een speciale amputatie gehad, een zogeheten AMI-operatie. Daarbij worden spieren die normaal tegen elkaar in werken, zoals de spieren die de voet omhoog en omlaag bewegen, in de beenstomp aan elkaar gekoppeld. Zo blijven ze samenwerken en houdt iemand meer gevoel voor de stand van de verdwenen voet. In het Brigham and Women's Hospital in Boston kregen de deelnemers magneetjes in maximaal vier spieren die bij het bewegen van de enkel horen. In dezelfde spieren kwamen ook elektroden, zodat de onderzoekers drie manieren konden vergelijken: de magneetjes, elektroden in de spier en elektroden op de huid.
In de proeven stuurden de deelnemers met hun spieren een cursor naar doelen op een scherm. Die proef staat model voor het besturen van een robotenkel met voet. Volgens de onderzoekers gaven de magneten daarbij nauwkeurigere en stabielere stuursignalen dan elektroden op de huid. De deelnemers liepen nog niet met een prothese die zo wordt bestuurd: de cursorproef toetst eerst de besturing zelf.
Het onderzoek werd geleid door promovendus Christopher Shallal en Cameron Taylor, die inmiddels hoogleraar is aan de University of North Carolina en ook de eerste dierstudie leidde. Het team werkt nu aan een grotere studie naar hoe goed mensen een prothese op deze manier kunnen besturen. De onderzoekers hopen dat de techniek daarna de weg vrijmaakt voor protheses die bedrijven op de markt kunnen brengen.
Wat betekent dit voor de weg naar de singulariteit?
Mens en machine kunnen pas echt samenwerken als een machine precies begrijpt wat het lichaam wil. Deze techniek pakt dat aan door niet de elektrische signalen van een spier op te vangen, maar te meten wat de spier werkelijk doet, in duizendsten van een seconde en zonder draden door de huid. Slaagt de grotere studie, dan komt er een bouwsteen voor protheses die soepel met de gebruiker meebewegen. Dat is een stap naar kunstledematen die aanvoelen als een deel van het eigen lichaam.
