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Os membros protéticos ganham mais controle natural através da conexão manual -cérebro

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Em direção a um controle natural de membros robóticos

Na imagem, um indivíduo com deficiência de membro usa o sistema durante a familiarização. Os pesquisadores projetaram uma mão protética suave com dois graus de atuação, permitindo que ele realize posturas conduzidas por duas sinergias postais primárias. Esse design inovador foi testado em cenários em tempo real, com 11 participantes sem deficiências físicas e 3 usuários de prótese. Crédito: Istituto Italiano di Tecnologia/Imperial College London

Os pesquisadores estão abrindo caminho para o design de membros biônicos que parecem naturais para os usuários. Eles demonstram a conexão entre os padrões de movimento da mão e os padrões de controle de motoneurônios. O estudo, publicado em Robótica científicatambém relata a aplicação desses achados a uma mão protética suave, que foi testada com sucesso por indivíduos com deficiências físicas.

O estudo vê a colaboração de duas equipes de pesquisa, uma em Istituto Italiano Di Tecnologia (Instituto de Tecnologia Italiana) em Genova, Itália, liderado por Antonio Bicchi e Imperial College London, Reino Unido, liderado por Dario Farina. É o resultado do projeto “Bionics Natural”, cujo objetivo é ir além do modelo dos membros protéticos atuais, que são frequentemente abandonados pelos pacientes porque eles não respondem de maneira “natural” às suas necessidades de movimento e controle.

Para que o sistema nervoso central reconheça o membro biônico como “natural”, é essencial para a prótese interagir com o ambiente da mesma maneira que um membro real faria. Por esse motivo, os pesquisadores acreditam que as próteses devem ser projetadas com base na teoria das sinergias sensório-motoras e tecnologias de robótica suave, propostas pela primeira vez pelo grupo de Antonio Bicchi no IIT, como a mão robótica de mão macia.

Se uma interface de sensação natural entre nosso sistema nervoso e um corpo artificial for estabelecido, as implicações podem ir além das próteses-eg para permitir a integração perfeita de seres humanos com peças de robô para ajudar, capacitar e se estender.

O estudo mostra pela primeira vez que duas estruturas fundamentais que organizam nosso corpo, ou seja, sinergias no nível dos motoneurônios da coluna vertebral e aqueles no nível dos comportamentos das mãos, estão ligados. Sinergias são os padrões coordenados de ativação muscular e movimentos articulares do corpo humano.







Um vídeo mostrando o controle baseado em Synergy do MN do Softand Pro-2 por um participante sem comprometimento físico. O participante explora os recursos de manipulação de agarrar e manipulamento com vários objetos. Este vídeo mostra que o participante explora o espaço de controle sem compreender objetos e executar exemplos de agarrar funcionais e manipulação de vários objetos. Crédito: Robótica científica (2025). Doi: 10.1126/scirobotics.ado9509

Os pesquisadores descobriram que as posturas das mãos podem ser interpretadas como os resultados observáveis ​​das estruturas neurais subjacentes no sistema nervoso central. Essas estruturas podem ser acessadas e decodificadas usando algoritmos avançados aplicados aos sinais elétricos produzidos por nossos músculos. Esses sinais são a manifestação periférica da atividade das células neurais na medula espinhal que acionam as contrações musculares.

Uma vez que a atividade dessas células é decodificada, é possível identificar agrupamentos celulares específicos subjacentes ao comportamento da mão. Esse avanço não apenas aumenta o entendimento dos mecanismos neurais que impulsionam o controle motor, mas também abre novos caminhos para o desenvolvimento de interfaces humanas-máquina mais intuitivas e eficazes.

Agora, os pesquisadores podem co-designar mãos robóticas multirregísticas e algoritmos de decodificação neural, permitindo que os usuários protéticos obtenham controle natural para abranger posturas infinitas e executar tarefas dexterivas, incluindo manipulação em mãos, não viáveis ​​com outras abordagens.

Mais especificamente, os pesquisadores projetaram uma mão protética suave com dois graus de atuação, permitindo que ele realize posturas conduzidas por duas sinergias posturais primárias. Esse design inovador foi testado em cenários em tempo real, com 11 participantes sem deficiências físicas e três usuários de prótese.

Para alcançar um controle contínuo, a equipe desenvolveu um método on-line avançado que mapeia sinergias neurais decodificadas para a operação contínua da mão protética de duas sessões. Os resultados demonstraram que a integração de sinergias neurais e posturais permite o controle preciso, natural e coordenado de ações multidigits. Essa abordagem não apenas garante movimentos mais suaves e intuitivos, mas também representa um passo significativo na criação de dispositivos protéticos que imitam de perto a funcionalidade e a fluidez dos membros naturais.

Tais avanços têm implicações profundas para melhorar a qualidade de vida dos usuários da prótese, oferecendo -lhes uma maior autonomia e uma conexão mais natural com seus membros artificiais.

Mais informações:
Patricia Capsi-Morales et al, Mesclando Motoneurônio e Sinergias Posurais em Projeto de Mão Protética para Interface Bionic Natural, Robótica científica (2025). Doi: 10.1126/scirobotics.ado9509

Fornecido pelo Instituto de Tecnologia italiano

Citação: O membro protético ganha um controle mais natural através da conexão manual-cérebro (2025, 1º de fevereiro) recuperado em 1 de fevereiro de 2025 de https://medicalxpress.com/news/2025-01-prosthetic-limb-gains-natural-handbrain.html

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