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Dec 17, 2023

자기 센서는 근육 길이를 추적합니다.

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MIT 연구원들은 간단한 자석 세트를 사용하여 근육 움직임을 모니터링하는 정교한 방법을 고안했습니다. 이를 통해 절단 수술을 받은 사람들이 의수족을 더 쉽게 제어할 수 있기를 바랍니다.

새로운 두 편의 논문에서 연구원들은 움직이는 동안 근육의 길이를 추적할 수 있는 자석 기반 시스템의 정확성과 안전성을 입증했습니다. 동물을 대상으로 수행된 연구는 이 전략이 보철 장치를 사용하는 사람들이 자연스러운 사지 움직임을 보다 가깝게 모방하는 방식으로 보철 장치를 제어하는 ​​데 도움이 될 수 있다는 희망을 제공합니다.

MIT의 Cameron Taylor는 "이러한 최근 결과는 이 도구가 자연 활동 중에 근육 움직임을 추적하기 위해 실험실 외부에서 사용될 수 있음을 보여 주며, 또한 자기 임플란트가 안정적이고 생체 적합하며 불편함을 유발하지 않는다는 것을 시사합니다."라고 말했습니다. 연구 과학자이자 두 논문의 공동 저자입니다.

연구 중 하나에서 연구자들은 새들이 달리고, 점프하고, 기타 자연스러운 움직임을 수행할 때 칠면조의 종아리 근육 길이를 정확하게 측정할 수 있음을 보여주었습니다. 다른 연구에서는 측정에 사용되는 작은 자기 구슬을 근육에 이식해도 염증이나 기타 부작용을 일으키지 않는 것으로 나타났습니다.

K. Lisa의 공동 이사이자 미디어 예술 및 과학 교수인 Hugh Herr는 "사지 손실이 있는 사람을 위한 생체 공학 사지의 제어 및 효능을 향상시키는 이 신기술의 임상적 잠재력에 매우 기대하고 있습니다."라고 말했습니다. MIT 생체 공학 양 센터(Yang Center for Bionics) 및 MIT 맥거번 뇌 연구 연구소(McGovern Institute for Brain Research)의 준회원입니다.

Herr는 오늘 Frontiers in Bioengineering and Biotechnology 저널에 실린 두 논문의 수석 저자입니다. 브라운 대학의 생태학, 진화 및 유기체 생물학 교수인 Thomas Roberts는 측정 연구의 수석 저자입니다.

움직임 추적

현재 전동 의수족은 일반적으로 표면 근전도검사(EMG)라는 접근 방식을 사용하여 제어됩니다. 피부 표면에 부착되거나 절단된 사지의 잔존 근육에 외과적으로 이식된 전극은 사람의 근육에서 나오는 전기 신호를 측정하며, 이 전기 신호는 보철물에 공급되어 사지를 착용한 사람이 의도하는 대로 움직일 수 있도록 돕습니다.

그러나 이러한 접근 방식은 근육 길이나 속도에 대한 정보를 고려하지 않으므로 보철물 움직임을 더 정확하게 만드는 데 도움이 될 수 있습니다.

몇 년 전, MIT 팀은 자기현미경법(magnetomicrometry)이라고 불리는 접근 방식을 사용하여 이러한 종류의 근육 측정을 수행하는 새로운 방법을 연구하기 시작했습니다. 이 전략은 근육에 이식된 작은 구슬을 둘러싼 영구 자기장을 활용합니다. 신체 외부에 부착된 신용 카드 크기의 나침반 모양 센서를 사용하여 시스템은 두 자석 사이의 거리를 추적할 수 있습니다. 근육이 수축하면 자석이 서로 가까워지고, 근육이 구부러지면 자석은 더 멀어집니다.

작년에 발표된 연구에서 연구원들은 이 시스템을 사용하여 칠면조의 종아리 근육에 구슬을 이식했을 때 작은 발목 움직임을 정확하게 측정할 수 있음을 보여주었습니다. 새로운 연구 중 하나에서 연구원들은 시스템이 실험실이 아닌 환경에서 보다 자연스러운 움직임 동안 정확한 측정을 할 수 있는지 알아보기 시작했습니다.

이를 위해 그들은 칠면조가 올라갈 수 있는 경사로와 뛰어오르고 내릴 수 있는 상자로 구성된 장애물 코스를 만들었습니다. 연구원들은 자기 센서를 사용하여 이러한 활동 중 근육 움직임을 추적했으며 시스템이 1000분의 1초 이내에 근육 길이를 계산할 수 있음을 발견했습니다.