Une équipe de chercheurs du MIT a mis au point une méthode innovante pour surveiller les mouvements musculaires. Selon l’équipe, ce nouveau système permettra aux personnes de contrôler plus facilement les membres prothétiques et autres dispositifs robotiques portables.
Deux articles de recherche ont été publiés dans la revue Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
Le système basé sur les aimants s’est avéré très précis et sûr, et il peut suivre la longueur des muscles pendant le mouvement. L’équipe a réalisé des études sur des animaux et a démontré que la stratégie pouvait être utilisée pour aider les personnes portant des prothèses à les contrôler de manière plus naturelle.
Cameron Taylor est un chercheur du MIT et co-auteur principal de la recherche.
« Ces résultats récents démontrent que cet outil peut être utilisé en dehors du laboratoire pour suivre le mouvement des muscles pendant une activité naturelle, et ils suggèrent également que les implants magnétiques sont stables et biocompatibles et qu’ils ne causent pas d’inconfort », a déclaré Taylor.
Mesurer les muscles pendant des mouvements naturels
Les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient mesurer avec précision la longueur des muscles du mollet des dindes lorsqu’elles effectuaient divers mouvements naturels comme la course et le saut. Ils les ont mesurés à l’aide de petites billes magnétiques, dont il a été démontré qu’elles ne provoquaient pas d’inflammation ou d’autres effets indésirables après avoir été implantées dans le muscle.
Hugh Herr est professeur d’arts et de sciences des médias, codirecteur du K. Lisa Yang Center for Bionics au MIT et membre associé du McGovern Institute for Brain Research du MIT.
« Je suis très enthousiaste quant au potentiel clinique de cette nouvelle technologie pour améliorer le contrôle et l’efficacité des membres bioniques pour les personnes ayant perdu un membre », déclare Herr.
Les membres prothétiques motorisés actuels sont généralement contrôlés par une approche appelée électromyographie de surface (EMG). Dans cette approche, des électrodes fixées à la surface de la peau ou implantées dans le muscle résiduel du membre amputé sont capables de mesurer les signaux électriques des muscles d’un individu. Ces mesures sont ensuite transmises à la prothèse pour aider la personne à la contrôler.
L’approche EMG présente certaines limites. Par exemple, elle ne tient compte d’aucune information sur la longueur ou la vitesse du muscle, deux éléments qui pourraient rendre les mouvements de la prothèse plus précis.
Stratégie de magnétomicrométrie
La stratégie de l’équipe du MIT repose sur une approche appelée magnétomicrométrie, qui exploite les champs magnétiques permanents entourant les petites billes implantées dans un muscle. Un petit capteur est fixé à l’extérieur du corps, et le système peut suivre les distances entre les deux aimants. Les aimants se rapprochent lorsqu’un muscle se contracte et s’éloignent lorsqu’il se fléchit.
Les chercheurs ont démontré que ce système pouvait mesurer avec précision les mouvements naturels dans un cadre hors laboratoire. Pour ce faire, ils ont d’abord créé un parcours d’obstacles composé de rampes que les dindes pouvaient escalader.
Ils ont également construit des boîtes sur lesquelles les dindes pouvaient sauter. Grâce au capteur magnétique, l’équipe a pu suivre les mouvements des muscles pendant les activités, et ils ont conclu que le système pouvait calculer la longueur des muscles en moins d’une milliseconde.
Le nouveau système est bien plus efficace que l’approche traditionnelle qui repose sur de gros équipements à rayons X.
« Nous sommes en mesure de fournir la fonctionnalité de suivi de la longueur des muscles de l’équipement radiographique de la taille d’une pièce en utilisant un boîtier beaucoup plus petit et portable, et nous sommes en mesure de recueillir les données en continu au lieu d’être limités aux rafales de 10 secondes auxquelles la fluoromicrométrie est limitée », explique Taylor.
Aucun effet négatif ou nocif
Dans une deuxième étude liée à la recherche, l’équipe a constaté que les aimants n’ont pas généré de cicatrices tissulaires, d’inflammation ou d’autres effets nocifs. Elle a également suggéré que les aimants implantés n’ont pas causé d’inconfort pour les dindes.
Il a été démontré que les implants sont restés stables pendant huit mois, et qu’ils n’ont pas migré l’un vers l’autre tant qu’ils étaient placés à au moins trois centimètres de distance.
« Les aimants ne nécessitent pas de source d’énergie externe et, après avoir été implantés dans le muscle, ils peuvent maintenir la pleine puissance de leur champ magnétique pendant toute la durée de vie du patient », explique Taylor.
Les chercheurs vont maintenant chercher à obtenir l’approbation de la FDA pour tester le système chez l’homme.
« Là où cette technologie répond à un besoin, c’est dans la communication de ces longueurs et vitesses musculaires à un robot portable, afin que le robot puisse fonctionner en tandem avec l’homme », explique Taylor. « Nous espérons que la magnétomicrométrie permettra à une personne de contrôler un robot portable avec le même niveau de confort et la même facilité qu’une personne contrôlerait son propre membre. »
