EMG Bantu Prostetik Ankle Robotik Bergerak ‘Alami’

Chapel Hill – Prosteti atau alat buatan yang menyerupai bentuk bagian tubuh untuk menggantikan fungsi bagian tubuh yang cacat/hilang terus dikembangkan menjadi lebih sempurna sehingga akan memberi manfaat bagi kehidupan manusia. Jika dulu alat yang dikembangkan sederhana tapi kini dengan kemajuan teknologi, mekanika robotik turut berperan dalam implementasinya.

Sebuah studi baru dari penelitian ahli di North Carolina State University dan University of North Carolina di Chapel Hill memaparkan bahwa pergelangan kaki (ankle) prostetik robotik yang dikendalikan oleh impuls saraf memungkinkan orang yang diamputasi untuk bergerak lebih “alami”, serta meningkatkan stabilitas mereka.

“Pekerjaan ini berfokus pada ‘pengendalian postur tubuh’, yang ternyata sangat rumit,” kata Helen Huang, penulis studi tersebut yang juga Profesor Terhormat Keluarga Jackson di Departemen Gabungan Teknik Biomedis di NC State dan UNC.

“Pada dasarnya, saat kita berdiri diam, tubuh kita terus-menerus melakukan penyesuaian agar kita tetap stabil. Misalnya, jika seseorang menabrak kita saat kita sedang mengantri, kaki kita melakukan berbagai macam gerakan yang bahkan tidak kita lakukan. perlu kita sadari agar kita tetap tegak,” jelas Huang.

“Kami bekerja dengan orang-orang yang mengalami amputasi anggota tubuh bagian bawah, dan mereka memberi tahu kami bahwa mencapai stabilitas semacam ini dengan perangkat prostetik adalah tantangan yang signifikan. Dan penelitian ini menunjukkan bahwa pergelangan kaki prostetik robotik yang dikendalikan menggunakan sinyal elektromiografik (EMG) sangat baik dalam memungkinkan pengguna mencapai stabilitas alami ini,” paparnya.

Sinyal EMG adalah sinyal listrik yang direkam dari otot seseorang.

Studi baru ini melanjutkan penelitian sebelumnya, yang menunjukkan bahwa kontrol saraf pada pergelangan kaki prostetik yang telah diberi daya dapat memulihkan berbagai kemampuan, termasuk berdiri di permukaan yang menantang dan berjongkok.

Untuk penelitian ini, para peneliti bekerja dengan lima orang yang mengalami amputasi di bawah lutut pada salah satu kakinya. Peserta penelitian dilengkapi dengan prototipe pergelangan kaki prostetik robotik yang merespons sinyal EMG yang ditangkap oleh sensor di kaki.

“Pada dasarnya, sensor ditempatkan di atas otot di lokasi amputasi,” kata Aaron Fleming, salah satu penulis studi, seorang lulusan Ph.D.  dari NC State. “Ketika seorang peserta penelitian berpikir untuk menggerakkan anggota tubuh yang diamputasi, hal ini mengirimkan sinyal listrik melalui sisa otot di ekstremitas bawah. Sensor mengambil sinyal ini melalui kulit dan menerjemahkan sinyal tersebut menjadi perintah untuk perangkat prostetik.”

Para peneliti melakukan pelatihan umum kepada peserta penelitian dengan menggunakan perangkat prototipe, sehingga mereka agak familiar dengan teknologi tersebut.

Peserta penelitian kemudian ditugaskan untuk merespons “gangguan yang diperkirakan”, yang berarti mereka harus merespons sesuatu yang mungkin mengganggu keseimbangan mereka. Dalam kehidupan sehari-hari, gangguan tersebut bisa berupa kesulitan menangkap bola atau mengambil belanjaan. Namun, untuk mereplikasi kondisi secara tepat selama penelitian, para peneliti mengembangkan sistem mekanis yang dirancang untuk menantang stabilitas para partisipan.

Peserta penelitian diminta untuk merespons gangguan yang diperkirakan terjadi dalam dua kondisi: menggunakan perangkat prostetik yang biasa mereka gunakan; dan menggunakan prototipe prostetik robotik.

“Kami menemukan bahwa peserta penelitian secara signifikan lebih stabil ketika menggunakan prototipe robot,” kata Fleming. “Mereka cenderung tidak tersandung atau terjatuh.”

“Secara khusus, prototipe robotik memungkinkan peserta penelitian mengubah strategi pengendalian postur tubuh mereka,” kata Huang. “Bagi orang-orang yang anggota tubuhnya bagian bawahnya utuh, stabilitas postur dimulai dari pergelangan kaki. Bagi orang-orang yang kehilangan anggota tubuh bagian bawahnya, biasanya mereka harus mengkompensasi kurangnya kendali pada pergelangan kaki. Kami menemukan bahwa dengan menggunakan pergelangan kaki robotik yang merespons sinyal EMG memungkinkan pengguna untuk kembali ke respons naluriah mereka untuk menjaga stabilitas.”

Pada bagian penelitian yang terpisah, peneliti meminta peserta penelitian untuk bergoyang maju mundur saat menggunakan prostetik normal mereka dan saat menggunakan prototipe robot prostetik. Peserta penelitian dilengkapi dengan sensor yang dirancang untuk mengukur aktivitas otot di seluruh tubuh bagian bawah.

Hasilnya para peneliti menemukan bahwa pola aktivitas otot di tubuh bagian bawah sangat berbeda ketika orang menggunakan dua prostesis yang berbeda.

“Pada dasarnya, pola aktivasi otot saat menggunakan prototipe prostetik sangat mirip dengan pola yang kita lihat pada orang yang menggunakan dua anggota tubuh bagian bawah secara utuh. Hal ini menunjukkan bahwa prototipe yang kami kembangkan cukup mirip dengan perilaku tubuh sehingga memungkinkan orang untuk melakukan aktivitas normal. ‘ pola saraf akan kembali. Hal ini penting, karena ini menunjukkan bahwa teknologi akan menjadi intuitif bagi pengguna,” kata Huang.

“Kami pikir ini adalah temuan yang signifikan secara klinis, karena stabilitas postur tubuh merupakan isu penting bagi orang-orang yang menggunakan perangkat prostetik. Kami sekarang melakukan uji coba yang lebih besar dengan lebih banyak orang untuk menunjukkan efek teknologi dan mengidentifikasi individu mana yang paling mendapat manfaat,” jelasnya. (sciencedaily/GHP)