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Biotecnologia

Invenção permite que amputados controlem um braço robótico com a mente

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Uma equipe de pesquisa da Universidade de Minnesota tornou possível a leitura da mente através do uso de eletrônicos e IA.

Pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities criaram um sistema que permite que amputados operem um braço robótico usando seus impulsos cerebrais em vez de seus músculos. Esta nova tecnologia é mais precisa e menos intrusiva do que os métodos anteriores.

A maioria dos membros protéticos comerciais agora no mercado são controlados pelos ombros ou peito usando um sistema de fio e arnês. Modelos mais sofisticados empregam sensores para detectar pequenos movimentos musculares no membro natural do paciente acima da prótese. Ambas as opções, no entanto, podem ser difíceis para os amputados aprenderem a usar e às vezes são inúteis.

O Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Minnesota, com a ajuda de colaboradores industriais, desenvolveu um pequeno dispositivo implantável que se conecta ao nervo periférico no braço de uma pessoa. A tecnologia, quando acoplada a um braço robótico e um computador de inteligência artificial, pode detectar e decifrar impulsos cerebrais, permitindo que amputados de membros superiores movam o braço apenas com seus pensamentos.

O artigo mais recente dos pesquisadores foi publicado no Journal of Neural Engineering, uma revista científica revisada por pares para o campo interdisciplinar da engenharia neural.

“É muito mais intuitivo do que qualquer sistema comercial por aí”, disse Jules Anh Tuan Nguyen, pesquisador de pós-doutorado e Ph.D em engenharia biomédica da Universidade de Minnesota Twin Cities. diplomado. “Com outros sistemas protéticos comerciais, quando os amputados querem mover um dedo, eles não pensam em mover um dedo. Eles estão tentando ativar os músculos do braço, já que é isso que o sistema lê. Por isso, esses sistemas exigem muito aprendizado e prática. Para nossa tecnologia, porque interpretamos o sinal nervoso diretamente, ela conhece a intenção do paciente. Se eles querem mover um dedo, tudo o que precisam fazer é pensar em mover esse dedo.”

Nguyen vem trabalhando nesta pesquisa há cerca de 10 anos com o Professor Associado do Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Minnesota, Zhi Yang, e foi um dos principais desenvolvedores da tecnologia de chip neural.

Robotic Arm Neural Chip

O projeto começou em 2012, quando Edward Keefer, neurocientista da indústria e CEO da Nerves, Incorporated, abordou Yang sobre a criação de um implante de nervo que poderia beneficiar amputados. A dupla recebeu financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Defesa (DARPA) do governo dos EUA e, desde então, realizou vários ensaios clínicos bem-sucedidos com amputados reais.

Os pesquisadores também trabalharam com o escritório de Comercialização de Tecnologia da Universidade de Minnesota para formar uma startup chamada Fasikl – uma brincadeira com a palavra “fascículo” que se refere a um feixe de fibras nervosas – para comercializar a tecnologia.

“O fato de podermos impactar pessoas reais e um dia melhorar a vida de pacientes humanos é realmente importante”, disse Nguyen. “É divertido desenvolver novas tecnologias, mas se você está apenas fazendo experimentos em laboratório, isso não afeta diretamente ninguém. É por isso que queremos estar na Universidade de Minnesota, nos envolvendo em ensaios clínicos. Nos últimos três ou quatro anos, tive o privilégio de trabalhar com vários pacientes humanos. Eu posso ficar realmente emocionado quando posso ajudá-los a mover o dedo ou ajudá-los a fazer algo que eles não achavam possível antes.”

Grande parte do que faz o sistema funcionar tão bem em comparação com tecnologias semelhantes é a incorporação de inteligência artificial, que usa aprendizado de máquina para ajudar a interpretar os sinais do nervo.

“A inteligência artificial tem a tremenda capacidade de ajudar a explicar muitos relacionamentos”, disse Yang. “Essa tecnologia nos permite registrar dados humanos, dados nervosos, com precisão. Com esse tipo de dados nervosos, o sistema de IA pode preencher as lacunas e determinar o que está acontecendo. Isso é algo realmente importante, poder combinar essa nova tecnologia de chip com IA. Pode ajudar a responder a muitas perguntas que não podíamos responder antes.”

A tecnologia traz benefícios não apenas para amputados, mas também para outros pacientes que sofrem de distúrbios neurológicos e dores crônicas. Yang vê um futuro em que cirurgias cerebrais invasivas não serão mais necessárias e os sinais cerebrais poderão ser acessados ​​através do nervo periférico.

Além disso, o chip implantável tem aplicações que vão além da medicina.

No momento, o sistema requer fios que passam pela pele para se conectar à interface externa de IA e ao braço robótico. Mas, se o chip pudesse se conectar remotamente a qualquer computador, daria aos humanos a capacidade de controlar seus dispositivos pessoais – um carro ou telefone, por exemplo – com suas mentes.

“Algumas dessas coisas estão realmente acontecendo. Muitas pesquisas estão passando do que está na chamada categoria ‘fantasia’ para a categoria científica”, disse Yang. “Esta tecnologia foi projetada para amputados, com certeza, mas se você falar sobre seu verdadeiro potencial, isso pode ser aplicável a todos nós.”

Além de Nguyen, Yang e Keefer, outros colaboradores deste projeto incluem a Professora Associada Catherine Qi Zhao e o pesquisador Ming Jiang do Departamento de Ciência da Computação e Engenharia da Universidade de Minnesota; Professor Jonathan Cheng do Centro Médico Sudoeste da Universidade do Texas; e todos os membros do grupo do Laboratório de Neuroeletrônica de Yang no Departamento de Engenharia Biomédica da Universidade de Minnesota.

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