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磁性传感器为义肢控制提供增强精度:磁微计量法实现毫秒级肌肉收缩反馈

义肢使用者最大挑战:控制义肢像天然肢体一样移动。多数义肢用肌电图(EMG)——记录肌肉电活动——但仅提供有限控制。研究者开发替代方案可提供更精确义肢控制。在截肢残肢肌肉组织植入微小磁珠,可精确测量肌肉收缩长度,毫秒级反馈仿生义肢。策略称磁微计量法(MM),提供快速准确肌肉测量。

现有义肢设备用贴皮肤表面或手术植入肌肉电极获取肌肉电测量。后者高侵入高成本但稍准确。无论哪种EMG仅提供肌肉电活动信息,非长度速度。新策略基于:若传感器能测肌肉做什么,测量将提供更精确义肢控制。为达此植入成对磁铁肌肉内。测磁铁相对移动计算肌肉收缩量与收缩速度。

义肢控制用这些测量输入计算机模型预测患者幻肢空间位置,基于剩余肌肉收缩。策略指导义肢按患者意愿移动,匹配其肢体位置心理图景。通过整肢数学建模计算义肢关节目标位置速度,简单机器人控制器控制关节。

研究者设想控制义肢传感器可置衣物、贴皮肤表面、固定义肢外部。MM亦可改善功能性电刺激肌肉控制(现用于脊髓损伤者恢复活动)。另一磁控用途:引导机器人外骨骼(可连接踝关节等关节助中风或肌无力者)。本质上磁铁外骨骼作人工肌肉放大中风受损肢体生物肌肉输出。MM优势还包括微创:植入肌肉磁珠可终身留置无需更换。

传感器

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