Sensores magnéticos ofrecen precisión mejorada para control de extremidades prostéticas

Para personas con extremidades prostéticas, uno de los mayores desafíos es controlar la prótesis para que se mueva de la misma manera que un miembro natural. La mayoría de las extremidades prostéticas se controlan usando electromiografía —una forma de registrar actividad eléctrica de los músculos— pero este enfoque proporciona solo control limitado de la prótesis.

Los investigadores desarrollaron un enfoque alternativo que podría ofrecer control mucho más preciso de extremidades prostéticas. Después de insertar pequeñas cuentas magnéticas en el tejido muscular dentro del muñón amputado, pueden medir con precisión la longitud de un músculo a medida que se contrae y esta retroalimentación puede transmitirse a una prótesis biónica en milisegundos. La estrategia, llamada magnetomicrometría (MM), puede proporcionar mediciones musculares rápidas y precisas.

Con dispositivos prostéticos existentes, las mediciones eléctricas de los músculos de una persona se obtienen usando electrodos que pueden adherirse a la superficie de la piel o implantarse quirúrgicamente en el músculo. Este último procedimiento es altamente invasivo y costoso pero proporciona mediciones algo más precisas. En cualquier caso, la electromiografía (EMG) ofrece información solo sobre la actividad eléctrica de los músculos, no su longitud o velocidad.

La nueva estrategia se basa en la idea de que si los sensores pudieran medir lo que hacen los músculos, esas mediciones ofrecerían control más preciso de una prótesis. Para lograr eso, los investigadores insertaron pares de imanes en los músculos. Midiendo cómo se mueven los imanes relativo uno al otro, pueden calcular cuánto se contraen los músculos y la velocidad de contracción.

Para control de una extremidad prostética, estas mediciones podrían alimentarse en un modelo computacional que predice dónde estaría el miembro fantasma del paciente en el espacio, basado en las contracciones del músculo restante. Esta estrategia dirigiría el dispositivo prostético a moverse de la manera que el paciente quiere, coincidiendo con la imagen mental que tienen de la posición de su miembro. A través de modelado matemático de toda la extremidad, los investigadores pueden calcular posiciones objetivo y velocidades de las articulaciones prostéticas a controlar y luego un controlador robótico simple puede controlar esas articulaciones.

Los investigadores prevén que los sensores usados para controlar las extremidades prostéticas podrían colocarse en la ropa, adherirse a la superficie de la piel o fijarse al exterior de una prótesis.

MM también podría usarse para mejorar el control muscular logrado con una técnica llamada estimulación eléctrica funcional, que ahora se usa para ayudar a restaurar movilidad en personas con lesiones de médula espinal. Otro uso posible para este tipo de control magnético sería guiar exoesqueletos robóticos, que pueden adjuntarse a un tobillo u otra articulación para ayudar a personas que han sufrido un derrame cerebral u otros tipos de debilidad muscular.

Esencialmente, los imanes y el exoesqueleto actúan como un músculo artificial que amplificará la salida de los músculos biológicos en la extremidad afectada por derrame. Otra ventaja del enfoque MM es que es mínimamente invasivo. Una vez insertados en el músculo, los cuentas podrían permanecer en su lugar de por vida sin necesidad de reemplazo.