ENG: Robotic prosthetic ankles that are controlled by nerve impulses allow amputees to move more “naturally,” improving their stability, according to a new study from North Carolina State University and the University of North Carolina at Chapel Hill. The new study builds on previous work, which demonstrated that neural control of a powered prosthetic ankle can restore a range of abilities, including standing on challenging surfaces and squatting.
For this study, the researchers worked with five people who had amputations below the knee on one leg. Study participants were fitted with a prototype robotic prosthetic ankle that responds to EMG signals that are picked up by sensors on the leg. The researchers conducted general training for the participants using the prototype device, so that they were somewhat familiar with the technology. They were then tasked with responding to an “expected perturbation,” meaning they had to respond to something that might throw off their balance. In everyday life, this could be something like catching a ball or picking up your groceries. However, in order to replicate the conditions precisely over the course of the study, the researchers developed a mechanical system designed to challenge the stability of participants.
The researchers found that the study participants were significantly more stable when using the robotic prototype, and were less likely to stumble or fall. Specifically, the robotic prototype allowed them to change their postural control strategy, which starts at the ankle. The study found that using the robotic ankle that responds to EMG signals allows users to return to their instinctive response for maintaining stability. The developed prototype mimics the body’s behavior closely enough to allow people’s ‘normal’ neural patterns to return.
RO: Conform unui studiu recent realizat în colaborare de către Universitatea din North Carolina și Universitatea din North Carolina din Chapel Hill, gleznele protetice robotizate pot fi controlate printr-un sistem de impulsuri nervoase, oferind persoanelor amputate posibilitatea de a-și redobândi mobilitatea într-un mod mai natural. Această cercetare se bazează pe lucrări anterioare care au demonstrat că controlul neuronal asupra gleznelor protetice motorizate poate restabili o gamă variată de abilități, precum menținerea echilibrului pe suprafețe dificile și efectuarea unor mișcări precum ghemuirea.
În cadrul acestui studiu, echipa de cercetători a colaborat cu cinci indivizi care suferiseră amputații la nivelul gambei inferioare. Participanții au fost echipați cu un prototip de gleznă protetică robotizată, capabilă să reacționeze la semnalele electromiografice (EMG) captate de senzorii plasați pe piciorul amputat. Pentru a se asigura că participanții erau cât mai familiari cu noul dispozitiv, aceștia au primit o instruire generală privind utilizarea acestuia. Cercetătorii au impus apoi participanților să răspundă la o “perturbație anticipată,” adică să reacționeze la situații care ar putea afecta echilibrul lor. În contextul vieții de zi cu zi, aceste situații ar putea include prinderea unei mingi sau ridicarea sacoșelor de cumpărături. Pentru a recrea cu acuratețe aceste condiții în cadrul studiului, cercetătorii au dezvoltat un sistem mecanic special conceput pentru a testa stabilitatea participanților.
Echipa de cercetători a observat o îmbunătățire semnificativă în stabilitatea participanților în timpul utilizării prototipului robotic, iar aceștia au fost mai puțin susceptibili să se împiedice sau să cadă. Mai exact, această proteză robotizată a permis participanților să își modifice strategia de control postural, începând de la nivelul gleznei. Studiul a constatat că utilizarea gleznei protetice robotizate, care răspunde la semnalele electromiografice (EMG), a permis utilizatorilor să revină la reacțiile instinctive pentru menținerea stabilității. Acest prototip dezvoltat imită suficient de precis comportamentul natural al corpului uman, permițând revenirea la modelele neuronale “normale” ale oamenilor.
Source (News NC State University, “Robotic Prosthetic Ankles Improve ‘Natural’ Movement, Stability, 18.10.2023)
Paper: Fleming, A., Liu, W. and Huang, H., 2023. Neural prosthesis control restores near-normative neuromechanics in standing postural control. Science Robotics, 8(83), p.eadf5758.
