Câteva bile magnetice minuscule, implantate în mușchi, ar putea schimba modul în care persoanele cu amputații își controlează protezele. Cercetătorii de la MIT au demonstrat că tehnologia poate urmări cu precizie mișcările musculare.
Bilele magnetice au doar 3 milimetri în diametru și permit măsurarea modificărilor musculare cu ajutorul unor senzori plasați pe piele.
Noua tehnologie ar putea îmbunătăți controlul protezelor bionice, oferind informații despre lungimea și viteza mușchilor, nu doar despre activitatea lor electrică.
Studiul a inclus trei persoane cu amputații sub genunchi, iar rezultatele au sugerat că metoda magnetică poate asigura un control mai precis și mai stabil decât măsurătorile bazate pe electrozi cutanați.
Tehnologia nu a fost încă validată pentru utilizarea de rutină a protezelor. În prezent, cercetătorii desfășoară un studiu mai amplu pentru a evalua cât de bine pot controla oamenii membrele artificiale folosind această metodă.
Dezvoltarea protezelor care răspund cât mai natural la intențiile utilizatorului reprezintă una dintre provocările importante ale medicinei și ingineriei biomedicale. Pentru ca un membru artificial să reproducă mișcările unui picior sau ale unui braț, sistemul de control trebuie să interpreteze cât mai exact semnalele transmise de corp.
O echipă de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) propune o soluție care înlocuiește o parte dintre măsurătorile electrice folosite în prezent cu informații obținute prin intermediul unor mici implanturi magnetice. Rezultatele cercetării au fost publicate în revista Nature Sensors, în 2026.
De zeci de ani, cercetătorii încearcă să dezvolte proteze neuroprotetice care să răspundă la semnalele provenite de la mușchii rămași după o amputație. Aceste semnale sunt prelucrate de un sistem computerizat, care stabilește cum trebuie să se miște membrul artificial.
Până acum, una dintre metodele utilizate a fost electromiografia, o tehnică prin care activitatea electrică a mușchilor este măsurată cu ajutorul unor electrozi. Aceștia pot fi plasați pe suprafața pielii, iar semnalele înregistrate sunt transformate în comenzi pentru proteză.
Problema este că activitatea electrică a unui mușchi nu reflectă întotdeauna cu suficientă precizie mișcarea pe care acesta o produce. De exemplu, atunci când mușchiul rămâne la aceeași lungime timp de câteva secunde, semnalul electric se poate diminua. În plus, electrozii pot capta activitatea unor mușchi vecini, iar transpirația poate afecta măsurătorile.
Aceste limitări sunt importante mai ales în cazul protezelor pentru membrele inferioare, unde comenzile trebuie să fie suficient de precise pentru a permite mersul în condiții de siguranță.
„Timp de patru decenii, metodologia standard pentru controlul neuronal al protezelor a constat în utilizarea electrozilor cutanați pentru a măsura activarea musculară. Cu toate acestea, pentru a controla un membru protetic, trebuie controlate poziția articulației, cuplul sau impedanța, iar aceste semnale mecanice nu pot fi determinate direct doar pe baza activității electrice”, explică Hugh Herr, profesor la MIT și autorul principal al studiului.
Cu alte cuvinte, pentru ca o proteză să se miște cât mai natural, nu este suficient să știe că un mușchi este activ. Sistemul trebuie să obțină și informații despre modul în care acesta se modifică în timpul mișcării.
Metoda dezvoltată de cercetători se numește magnetomicrometrie. Aceasta presupune implantarea unor perechi de magneți minusculi în mușchi, astfel încât senzorii de la exteriorul corpului să poată urmări modificarea distanței dintre ei.
Principiul este relativ simplu: atunci când mușchiul se contractă sau se întinde, distanța dintre magneți se schimbă. Un senzor plasat pe piele detectează aceste modificări, iar sistemul poate calcula lungimea și viteza mușchiului.
Bilele au un diametru de aproximativ 3 milimetri, comparabil cu dimensiunea unei semințe de susan. Ele sunt realizate dintr-un aliaj de neodim, fier și bor și sunt acoperite cu aur și cu un polimer numit parilenă C, pentru a le face biocompatibile.
Potrivit cercetătorilor, semnalele magnetice pot fi detectate de la o adâncime de până la 6 centimetri sub piele, cu ajutorul unui senzor extern special conceput.
Un avantaj al acestei metode este că informațiile pot fi obținute fără a fi necesară introducerea unor electrozi în interiorul mușchiului pentru a măsura direct activitatea electrică. Totuși, tehnologia presupune implantarea magneților și, prin urmare, nu este complet neinvazivă.
„Magneții pot fi urmăriți fără fir prin corp, astfel încât poți obține semnale musculare foarte specifice și poți măsura puterea mecanică a mușchiului fără a fi nevoie de o intervenție extrem de invazivă”, spune Christopher Shallal, doctorand la MIT și unul dintre autorii principali ai studiului.
Pentru a evalua metoda, echipa a recrutat trei participanți care suferiseră amputații sub genunchi. Aceștia aveau o reconstrucție chirurgicală a mușchilor cunoscută sub numele de interfață mioneurală agonist-antagonist (AMI).
Această procedură permite reconectarea unor perechi de mușchi, astfel încât aceștia să continue să interacționeze dinamic în membrul rămas după amputație. Interacțiunea contribuie la păstrarea feedbackului senzorial, numit propriocepție, care ajută organismul să perceapă poziția și mișcarea membrului.
Participanților li s-au implantat magneți în până la patru mușchi implicați în mișcările gleznei. În aceiași mușchi au fost introduși și electrozi, pentru ca cercetătorii să poată compara trei metode de măsurare:
magnetomicrometria, bazată pe bile magnetice;
electromiografia cu electrozi implantați;
electromiografia cu electrozi plasați pe piele.
În timpul experimentelor, participanții nu purtau proteze. În schimb, au realizat sarcini virtuale, precum deplasarea unui cursor pe ecran către o anumită țintă, folosind semnalele generate de mișcările musculare.
Sistemul transforma aceste semnale în comenzi pentru deplasarea cursorului. Într-o proteză funcțională, aceleași tipuri de comenzi ar putea fi folosite pentru a controla mișcările unei glezne sau ale unui picior artificial.
Rezultatele au sugerat că metoda magnetică poate oferi un control mai precis și mai stabil decât cel bazat pe electrozii plasați pe suprafața pielii. Totuși, experimentul a evaluat controlul virtual, nu mersul efectiv cu o proteză robotică.
„Această sarcină neuroprotezică virtuală ne-a permis să comparăm performanța diferitelor interfețe neuronale, iar rezultatele noastre sugerează că abordarea bazată pe magneți poate oferi un control mai precis și mai stabil”, afirmă Shallal.
Miza acestei tehnologii este obținerea unor comenzi mai apropiate de intențiile reale ale utilizatorului. Dacă sistemul poate identifica mai precis schimbările musculare, controlerul robotic ar putea adapta mai bine mișcarea protezei.
În cazul unui membru inferior, acest lucru ar putea contribui la un mers mai natural. Pentru persoanele cu amputații ale membrelor superioare, principii similare de control ar putea facilita manipularea obiectelor cu ajutorul unei proteze.
Laboratorul condus de Hugh Herr a dezvoltat și alte soluții pentru îmbunătățirea controlului protezelor. O abordare prezentată anterior folosește electrozi implantați în mușchi pentru a obține semnale mai precise. Aceasta a avut rezultate promițătoare într-un studiu clinic de mică amploare, însă echipa a continuat să caute variante mai puțin invazive.
Magnetomicrometria reprezintă o astfel de direcție, deoarece permite monitorizarea mecanică a mușchilor fără ca măsurarea să depindă exclusiv de semnalele electrice.
Cu toate acestea, rezultatele obținute până acum nu demonstrează că bilele magnetice pot asigura deja un control superior în toate situațiile din viața de zi cu zi. Studiul a inclus numai trei persoane, iar participanții au realizat sarcini virtuale, nu teste de mers cu proteze controlate prin această tehnologie.
Cercetătorii desfășoară în prezent un studiu mai amplu, prin care vor să determine cât de bine pot controla oamenii protezele folosind informațiile furnizate de implanturile magnetice.
Această etapă este esențială pentru a stabili dacă avantajele observate în experimentele virtuale se traduc în mișcări mai precise și mai sigure în condiții reale.
Dacă rezultatele vor fi confirmate, sistemul ar putea contribui la dezvoltarea unor proteze neuroprotetice care interpretează mai fidel mișcările musculare și răspund mai bine intențiilor utilizatorului. Deocamdată, însă, tehnologia se află în etapa de cercetare, iar utilizarea sa pe scară largă va depinde de rezultatele studiilor viitoare.
Studiul: Christopher C. Shallal și colab., A wireless magnetic implant system for continuous neuromuscular sensing, Nature Sensors (2026). DOI: 10.1038/s44460-026-00157-6
