I sensori leggono la mente e ripristinano il movimento

La NASA pone domande difficili: com'è la vita sulla Luna? C'è stata vita su Marte? Come si sono formate le prime stelle? Trovare queste grandi risposte spesso significa prima risolvere una serie di domande più piccole ma ugualmente fastidiose. Ad esempio, in che modo l’assenza di gravità prolungata cambia il modo in cui il cervello controlla i muscoli? Come fa il cervello a controllare i muscoli? Prima di inviare gli esseri umani nel lungo viaggio su Marte, la NASA vuole capire meglio gli effetti che il viaggio avrà sugli astronauti. Ora un’azienda che ha aiutato l’agenzia spaziale a cercare di risolvere queste domande sta aiutando altri a trovare risposte entusiasmanti come qualsiasi scoperta della NASA.

I ricercatori che utilizzano sistemi creati da Delsys Inc. di Natick, MA, stanno ora lavorando per aiutare le persone paralizzate a camminare di nuovo, per consentire agli amputati di controllare gli arti protesici come qualsiasi parte normale del corpo e per consentire ai pazienti sottoposti a laringectomia di parlare. Tali progetti, tuttavia, sono concepibili solo grazie a decenni di ricerca e sviluppo, avviati da diverse prime partnership con la NASA.

Delsys è stata fondata nel 1993 da Carlo De Luca, direttore fondatore del Neuromuscular Research Center (NMRC) dell'Università di Boston, per iniziare a commercializzare la tecnologia che il centro stava sviluppando. Al centro della missione dell'NMRC per migliorare la comprensione del controllo motorio c'era la tecnologia elettromiografica avanzata (EMG), che rileva e analizza i segnali elettrici emessi quando i nervi motori che trasportano segnali dal cervello e dal midollo spinale stimolano i muscoli.

De Luca e il suo team erano già stati pionieri della tecnologia EMG in fase iniziale prima di aprire l'NMRC nel 1984, e il lavoro del nuovo centro attirò rapidamente l'interesse della NASA.

Alla fine degli anni '80 e '90 il Johnson Space Center dell'agenzia a Houston ha contribuito a finanziare studi in cui l'NMRC e poi Delsys hanno testato l'affaticamento muscolare derivante dall'uso di diversi modelli di guanti per tute spaziali, nonché l'equilibrio degli astronauti e l'adattabilità neuromuscolare prima e dopo lo Space Shuttle. voli. Nel 2000, due contratti SBIR (Small Business Innovation Research) di Johnson hanno aiutato Delsys a completare il suo primo sistema EMG commerciale, chiamato MyoMonitor.

I test sugli astronauti hanno fornito al team una preziosa opportunità per studiare l'adattamento neuromuscolare all'assenza di gravità, ha affermato Serge Roy, che ha lavorato con De Luca dalla fine degli anni '70 ed è ora direttore della ricerca presso Delsys e il suo braccio di ricerca, Altec Inc. , il team aveva cercato di simulare l'assenza di gravità nei ratti di laboratorio. Ma il lavoro della NASA ha sollevato anche nuove domande, ha detto: "La quantità di debolezza che vedi dopo due settimane di volo spaziale non può essere completamente spiegata dal grado di atrofia del muscolo."

I primi anni 2000 hanno portato un altro ciclo di sviluppo tecnologico e studi sullo space shuttle per esaminare il funzionamento dei nervi motori individuali degli astronauti. "Ciò ha innescato una più ampia evoluzione della tecnologia, che da allora è stata un pilastro della nostra ricerca e della nostra linea di prodotti", ha affermato Gianluca De Luca, cugino di secondo grado di Carlo, diventato presidente di Delsys dopo la morte dell'anziano De Luca nel 2016.

Per captare i singoli segnali dei nervi motori, il team ha dovuto inserire aghi con sensori elettronici nelle mani e nelle gambe degli astronauti. Ma Delsys voleva migliorare la sua tecnologia per consentire questo livello di precisione dai sensori fissati alla pelle e per rendere tali sensori wireless. Queste due sfide principali sono state superate con l'aiuto di altri due contratti SBIR di Johnson.

Gianluca De Luca ha paragonato la rilevazione dei singoli segnali nervosi dalla superficie della pelle alla mappatura delle gocce di pioggia che cadono su uno stagno durante un acquazzone, in base alle loro increspature. "Se ti chiedessi di identificare le singole gocce di pioggia che hanno portato a quel disegno di increspature, non saresti in grado di farlo." Con il finanziamento SBIR, l’azienda ha progettato sensori e algoritmi in grado di individuare ciascuno di questi segnali, sebbene l’elaborazione dei dati di un singolo test richiedesse ancora giorni. Con l’avanzare della potenza di calcolo, tuttavia, Delsys ha creato un software in grado di analizzare quella manichetta di dati in tempo reale.