“Conseguimos demonstrar o primeiro controle neural completo da caminhada robótica”, disse Hyungyeon Song, primeiro autor do estudo e pesquisador de pós-doutorado no MIT.

A maioria dos membros protéticos modernos depende de comandos robóticos pré-programados, em vez de sinais cerebrais do usuário. Tecnologias robóticas avançadas podem sentir o ambiente e ativar repetidamente um movimento pré-determinado das pernas para ajudar uma pessoa a navegar neste tipo de terreno.

Mas muitos desses robôs funcionam melhor em terreno plano e têm dificuldade em superar obstáculos comuns, como solavancos ou poças. A pessoa que usa a prótese muitas vezes tem pouca influência no ajuste da prótese quando ela está em movimento, especialmente quando responde a mudanças repentinas no terreno.

“Quando ando, parece que estou andando porque o algoritmo está enviando comandos para o motor, e não estou fazendo isso”, disse Hugh Hare, pesquisador principal do estudo e professor de artes e ciências midiáticas no MIT. Pioneiro na área de biomecatrônica, área que mescla biologia com eletrônica e mecânica. As pernas de Herr foram amputadas abaixo do joelho há vários anos devido ao congelamento, e ele usa próteses robóticas avançadas.

“Há um conjunto crescente de evidências [showing] “Quando você conecta o cérebro a uma prótese mecatrônica, ocorre a incorporação onde o indivíduo vê a prótese como uma extensão natural de seu corpo”, acrescentou Hare.

Os pesquisadores trabalharam com 14 participantes do estudo, metade dos quais foram submetidos a amputações abaixo do joelho através de uma abordagem conhecida como interface neuromuscular agonista (IAM), enquanto a outra metade foi submetida a amputações tradicionais.

“O que é tão interessante nisso é como ele aproveita a inovação cirúrgica junto com a inovação tecnológica”, disse Connor Walsh, professor da Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard, especializado no desenvolvimento de robôs auxiliares vestíveis e que não esteve envolvido no estudo.

A amputação IAM foi desenvolvida para resolver as limitações da cirurgia tradicional de amputação de pernas, que corta conexões musculares importantes no local da amputação.

Os movimentos são possíveis pela forma como os músculos se movem em pares. Um músculo – conhecido como agonista – contrai-se para mover um membro, enquanto outro músculo – conhecido como antagonista – alonga-se em resposta. Por exemplo, durante uma rosca direta de bíceps, o bíceps é o antagonista porque se contrai para levantar o antebraço, enquanto o tríceps é o antagonista porque se alonga para permitir o movimento.

Quando a amputação cirúrgica resulta na ruptura de pares musculares, a capacidade do paciente de sentir contrações musculares após a cirurgia é prejudicada e, como resultado, sua capacidade de detectar com precisão e precisão onde sua prótese está no espaço é prejudicada.

Em contraste, o AMI reconecta os músculos do membro residual para replicar o valioso feedback muscular que uma pessoa obtém do membro intacto.

O estudo é “parte de um movimento para tecnologias protéticas de próxima geração que abordam a sensação, e não apenas o movimento”, disse Eric Rombukas, professor assistente de engenharia mecânica na Universidade de Washington, que não esteve envolvido no estudo.

O procedimento IAM para amputação abaixo do joelho tem o nome Pedro Ewing Depois de Jim Ewing, a primeira pessoa a se submeter ao procedimento em 2016.

Os pacientes submetidos à amputação de Ewing apresentaram menos atrofia muscular no membro remanescente e menos dor fantasma, sensação de desconforto em um membro que não existe mais.

Os pesquisadores equiparam todos os participantes com novos membros biônicos, compostos por uma prótese de tornozelo, um dispositivo que mede a atividade elétrica do movimento muscular e eletrodos colocados na superfície da pele.

O cérebro envia impulsos elétricos aos músculos, fazendo com que eles se contraiam. As contrações produzem sinais elétricos próprios, que são detectados por eletrodos e enviados para pequenos computadores acoplados à prótese. Os computadores então convertem esses sinais elétricos em força e movimento para a prótese.

Amy Pietravita, uma das participantes do estudo que passou por uma amputação de Ewing após sofrer queimaduras graves, disse que o membro biônico lhe deu a capacidade de guiar os pés e executar movimentos de dança novamente.

“Ser capaz de ter esse tipo de curvatura tornou tudo mais real e parecia que tudo estava lá”, disse Pietrafitta.

Graças à melhoria das sensações musculares, os participantes que foram submetidos à cirurgia de Ewing puderam usar as suas próteses para andar mais rápido e naturalmente do que aqueles que foram submetidos a amputações tradicionais.

Quando uma pessoa precisa se desviar dos padrões normais de caminhada, geralmente precisa se esforçar mais para se locomover.

Mateus J. disse: “O gasto de energia… faz com que nossos corações trabalhem mais e nossos pulmões trabalhem mais… e pode levar à destruição progressiva das articulações do quadril ou da parte inferior da coluna”, disse o Dr. Carty, cirurgião plástico reconstrutivo do Brigham e Hospital da Mulher. E o primeiro médico a realizar uma operação de IAM.

Os pacientes submetidos à amputação de Ewing e à nova prótese também conseguiram navegar facilmente em rampas e escadas. Eles ajustaram suavemente os pés para se impulsionarem escada acima e absorverem o choque enquanto desciam.

Os pesquisadores esperam que a nova prótese esteja disponível comercialmente nos próximos cinco anos.

“Estamos começando a ter um vislumbre deste futuro glorioso onde uma pessoa pode perder uma parte significativa do seu corpo, e há tecnologia disponível para reconstruir esse aspecto do seu corpo para funcionar plenamente”, disse Hare.