Tornozelos protéticos robóticos melhoram o movimento “natural” e a estabilidade

Tornozelos protéticos robóticos controlados por impulsos nervosos permitem que os amputados se movam de forma mais “natural”, melhorando sua estabilidade, de acordo com um novo estudo da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.

“Este trabalho se concentrou no ‘controle postural’, que é surpreendentemente complicado”, diz Helen Huang, autora correspondente do estudo e ilustre professora da família Jackson no Departamento Conjunto de Engenharia Biomédica da NC State e da UNC.

“Basicamente, quando estamos parados, nossos corpos estão constantemente fazendo ajustes para nos manter estáveis. Por exemplo, se alguém esbarra em nós quando estamos na fila, nossas pernas fazem uma ampla gama de movimentos que nem sequer somos capazes de fazer. necessariamente conscientes para nos manter de pé.”

“Trabalhamos com pessoas que sofreram amputações de membros inferiores e elas nos dizem que alcançar esse tipo de estabilidade com dispositivos protéticos é um desafio significativo. E este estudo demonstra que próteses de tornozelo robóticas controladas por meio de sinais eletromiográficos (EMG) são excepcionalmente boas em permitindo que os usuários alcancem essa estabilidade natural.” Os sinais EMG são os sinais elétricos registrados nos músculos de um indivíduo.

Um artigo sobre o estudo, “O controle da prótese neural restaura a neuromecânica quase normativa no controle postural em pé”, foi publicado na revista Robótica Científica. O artigo foi coautor de Wentao Liu, Ph.D. estudante do Departamento Conjunto de Engenharia Biomédica.

O novo estudo baseia-se em trabalhos anteriores, que demonstraram que o controle neural de uma prótese de tornozelo motorizada pode restaurar uma série de habilidades, incluindo ficar de pé em superfícies desafiadoras e agachar-se.

Para este estudo, os pesquisadores trabalharam com cinco pessoas que tiveram amputações abaixo do joelho em uma perna. Os participantes do estudo receberam um protótipo de prótese robótica de tornozelo que responde aos sinais EMG captados por sensores na perna.

“Basicamente, os sensores são colocados sobre os músculos no local da amputação”, diz Aaron Fleming, coautor do estudo e recente Ph.D. graduado pela NC State. “Quando um participante do estudo pensa em mover o membro amputado, isso envia sinais elétricos através do músculo residual do membro inferior. Os sensores captam esses sinais através da pele e os traduzem em comandos para o dispositivo protético”.

Os pesquisadores realizaram treinamento geral para os participantes do estudo usando o protótipo, para que eles estivessem um pouco familiarizados com a tecnologia.

Os participantes do estudo foram então incumbidos de responder a uma “perturbação esperada”, o que significa que tiveram que responder a algo que pudesse desequilibrar-se. Na vida cotidiana, isso pode ser algo como pegar uma bola ou fazer compras. No entanto, para replicar as condições com precisão ao longo do estudo, os investigadores desenvolveram um sistema mecânico concebido para desafiar a estabilidade dos participantes.

Os participantes do estudo foram solicitados a responder à perturbação esperada sob duas condições: usando os dispositivos protéticos que normalmente usavam; e usando o protótipo protético robótico.

“Descobrimos que os participantes do estudo eram significativamente mais estáveis ​​ao usar o protótipo robótico”, diz Fleming. “Eles eram menos propensos a tropeçar ou cair.”

“Especificamente, o protótipo robótico permitiu que os participantes do estudo mudassem a sua estratégia de controle postural”, diz Huang. “Para as pessoas que têm o membro inferior intacto, a estabilidade postural começa no tornozelo. Para as pessoas que perderam o membro inferior, normalmente têm que compensar a falta de controle do tornozelo. Descobrimos que usando o tornozelo robótico que responde aos sinais EMG permite que os usuários retornem à sua resposta instintiva para manter a estabilidade.”

Em uma parte separada do estudo, os pesquisadores pediram aos participantes que balançassem para frente e para trás enquanto usavam sua prótese normal e enquanto usavam o protótipo da prótese robótica. Os participantes do estudo foram equipados com sensores projetados para medir a atividade muscular em toda a parte inferior do corpo.

“Descobrimos que os padrões de atividade muscular na parte inferior do corpo eram muito diferentes quando as pessoas usavam as duas próteses diferentes”, diz Huang.

“Basicamente, os padrões de ativação muscular ao usar o protótipo protético eram muito semelhantes aos padrões que vemos em pessoas que usam totalmente dois membros inferiores intactos. Isso nos diz que o protótipo que desenvolvemos imita o comportamento do corpo de maneira suficientemente próxima para permitir o ‘normal’ das pessoas. ‘ padrões neurais retornarão. Isso é importante porque sugere que a tecnologia será um tanto intuitiva para os usuários.

“Achamos que esta é uma descoberta clinicamente significativa, porque a estabilidade postural é uma questão importante para as pessoas que usam dispositivos protéticos. Estamos agora conduzindo um ensaio maior com mais pessoas para demonstrar os efeitos da tecnologia e identificar quais indivíduos podem se beneficiar mais .”