MIT团队用磁性传感器追踪肌肉运动，提升假肢控制精度

观看视频 Anne Trafton | MIT News 发布日期： 2026年10月29日 媒体垂询 媒体联系人： Sarah McDonnell 邮箱： s_mcd@mit.edu 电话： 617-253-8923 传真： 617-258-8762 MIT News Office 媒体下载 ↓ 下载图片 说明： “这种接口的侵入性极小，因此可以让更多人用上。你在肌肉里放两颗磁珠，就能获得关于肌肉动力学的所有丰富信息，”Christopher Shallal 说。 图片来源： 感谢研究人员提供 ↓ 下载图片 说明： “磁体可以无线穿过身体被追踪，因此你能获得非常具体的肌肉信号，并测量肌肉的机械输出，而不必采用侵入性极强的手段，”Shallal 说。 图片来源： 感谢研究人员提供 *使用条款： MIT News Office 网站上供下载的图片以 知识共享 署名-非商业性使用-禁止演绎 许可协议 向非商业实体、媒体和公众提供。 除裁剪尺寸外，你不得修改所提供的图片。转载图片时必须注明出处；如果下方未提供出处， 请将图片出处标注为“MIT”。 关闭 说明： “这种接口的侵入性极小，因此可以让更多人用上。你在肌肉里放两颗磁珠，就能获得关于肌肉动力学的所有丰富信息，”Christopher Shallal 说。 图片来源： 感谢研究人员提供 说明： “磁体可以无线穿过身体被追踪，因此你能获得非常具体的肌肉信号，并测量肌肉的机械输出，而不必采用侵入性极强的手段，”Shallal 说。 图片来源： 感谢研究人员提供 上一张图片 下一张图片 MIT 研究人员已经证明，他们可以利用植入肌肉中的微小磁珠准确追踪肌肉运动。这些测量结果有望让某些类型的截肢者更容易控制假肢。 几十年来，研究人员一直致力于开发神经假肢，这类假肢利用截肢后残存肌肉中的神经信息来引导假肢。肌肉长度、速度和激活程度的测量值可以输入引导假肢的控制算法，使小腿截肢者能以更自然的步态行走，或让手臂截肢者更有效地操作物体。 迄今为止，这些设备一直依赖放置在皮肤表面的电极来测量肌肉活动。然而，这些测量结果已被证明不够可靠，无法确保使用者在使用神经假肢腿行走时的安全。 MIT 团队希望，他们这种能提供更准确测量结果的新型磁追踪系统，将推动此类假肢的商业化开发。 研究人员演示了两颗磁珠如何被无线追踪。 “四十年来，神经控制假肢的标准方法一直是用皮肤电极测量肌肉激活。然而，要控制假肢，就必须控制关节位置、力矩或阻抗，而仅靠电激活无法直接确定这类机械信号，”Hugh Herr 说。他是媒体艺术与科学教授、MIT K. Lisa Yang 仿生学中心联合主任、MIT McGovern 脑研究所准成员，也是这项新研究的资深作者。 这项新研究今天发表在 Nature Sensors 上，研究人员在三名膝下截肢参与者身上证明了磁测量的准确性。 “这种接口的侵入性极小，因此可以让更多人用上。你在肌肉里放两颗磁珠，就能获得关于肌肉动力学的所有丰富信息，”Christopher Shallal 说。他是 MIT 哈佛-MIT 健康科学与技术项目的 graduate student，也是论文的第一作者之一。 论文的另一位第一作者是 Cameron Taylor，20 届博士，现任北卡罗来纳大学教堂山分校生物医学工程助理教授。 多年来，Herr 的实验室一直在开发人机接口，用于控制人工肢体，使其使用起来更像天然肢体。要成功实现这类假肢，关键是要准确测量使用者如何移动截肢部位的肌肉。 皮肤表面的电极可以揭示下方肌肉的电激活，这些测量值可以转换为肌肉收缩或屈曲程度的估计值。基于这一输入，机器人控制器生成指令，引导假肢朝使用者想要的方向移动。 然而，这种被称为肌电图（electromyography）的测量方法并不总能提供足够准确的信息。电信号并不能完美代表肌肉动力学；例如，当肌肉被保持在固定长度数秒时，信号会衰减。此外，电极可能会拾取目标肌肉以外其他肌肉的信号，汗液也会干扰信号检测。 去年，Herr 及其同事报告了一种“仿生膝”假肢，它使用植入肌肉的电极提供准确测量，并将测量结果输入机器人控制器。这种方法在一项小型临床研究中取得了成功，但与此同时，Herr 的团队也一直在研究一种侵入性更小的方法，即用磁体代替电极。 这种方法被称为磁测量术（magnetomicrometry），它将成对的磁体植入肌肉。当肌肉收缩或拉伸时，放置在皮肤上的外部传感器可以测量磁体之间距离的变化，从而计算出肌肉长度和速度。

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