Per guidare una protesi bionica serve sapere cosa fanno i muscoli rimasti dopo l'amputazione. Al MIT il gruppo di Hugh Herr ha impiantato piccole sfere magnetiche nei muscoli di tre persone con amputazione sotto il ginocchio. Un sensore appoggiato sulla pelle ne segue la posizione senza fili. Lo studio è uscito il 29 ottobre su Nature Sensors.
Nelle prove al computer i magneti hanno eguagliato o superato gli elettrodi, sulla pelle e impiantati, nella maggior parte delle misure. Secondo MIT News, il gruppo sta già conducendo uno studio più ampio con le protesi indossate.
Come funziona la protesi bionica a magneti?
Il sistema misura di quanto si allunga o si accorcia un muscolo. In ogni muscolo il chirurgo inserisce due sfere magnetiche. Quando il muscolo si contrae, la distanza tra le sfere cambia. Una matrice di magnetometri sulla pelle calcola lunghezza e velocità del muscolo, e il dato diventa un comando per il controller della protesi.
La tecnica si chiama magnetomicrometria. Le sfere hanno un diametro di 3 millimetri, circa quanto un seme di sesamo. Sono in lega di neodimio, ferro e boro. Un rivestimento d'oro e di parylene C, un polimero, le rende compatibili con i tessuti. Il sensore esterno le legge fino a 6 centimetri di profondità, con una risoluzione inferiore al millimetro.
"I magneti si possono tracciare senza fili attraverso il corpo", spiega Christopher Shallal. Dottorando al MIT, firma lo studio come primo autore insieme a Cameron Taylor dell'Università della North Carolina.
Perché gli elettrodi sulla pelle non bastano
Da circa quarant'anni le protesi a controllo neurale usano l'elettromiografia. Gli elettrodi sulla pelle registrano l'attività elettrica del muscolo e un algoritmo la traduce in movimento. Per il gruppo di Herr, quel segnale descrive male la meccanica del muscolo.
Se il muscolo resta fermo a una certa lunghezza per qualche secondo, il segnale elettrico si affievolisce. Gli elettrodi possono captare anche i muscoli vicini, e il sudore disturba la lettura. Secondo il MIT, queste misure non sono abbastanza affidabili da garantire la sicurezza di chi cammina con una gamba bionica.
Il gruppo aveva già provato una strada più invasiva. Nel 2025 ha presentato un ginocchio bionico integrato nei tessuti che legge i muscoli con elettrodi impiantati. I magneti sono passivi, non hanno batterie né cavi che attraversano la pelle.
I numeri del test su tre pazienti
I tre partecipanti avevano un'amputazione transtibiale con agonist-antagonist myoneural interface (AMI). In questo intervento il chirurgo ricollega i muscoli a coppie, e il moncone conserva una parte della propriocezione. Le operazioni si sono svolte al Brigham and Women's Hospital di Boston, con il chirurgo plastico Matthew Carty tra gli autori.
- Muscoli monitorati: fino a quattro per partecipante, quelli che controllano la caviglia.
- Confronto diretto: negli stessi muscoli c'erano anche elettrodi impiantati, quindi il gruppo ha potuto confrontare tre metodi sulla stessa persona.
- Compito: muovere un cursore sullo schermo verso un bersaglio. Il cursore rappresentava i gradi di libertà di una caviglia robotica.
- Risultato: i magneti hanno eguagliato o superato entrambe le elettromiografie nella maggior parte dei parametri valutati, con un controllo descritto come più stabile.
Nel paper il sistema ha rilevato anche l'attivazione del muscolo con la sola induzione magnetica, senza elettrodi.
I limiti della protesi bionica a controllo magnetico
Durante le prove nessun partecipante indossava una protesi. Il test con il cursore misura la qualità dell'interfaccia. Il controllo di una protesi indossata è l'oggetto dello studio più ampio già in corso. Tre persone sono poche, e tutte avevano un tipo specifico di amputazione con muscoli ricollegati a coppie.
La magnetomicrometria era stata dimostrata sugli animali nel 2021 e solo ora arriva su impianti permanenti nell'uomo. Restano da verificare la tenuta delle sfere negli anni e la resa durante il movimento reale. Il codice degli algoritmi di tracciamento è pubblico su GitHub.
Da Pisa una mano robotica guidata dai magneti
L'Italia lavora sulla stessa idea per l'arto superiore. All'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa il gruppo di Christian Cipriani ha sviluppato il controllo miocinetico. Sei magneti impiantati nell'avambraccio di un paziente di 34 anni guidano le dita di una mano robotica.
L'intervento si è svolto nell'aprile 2023 all'Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana. Il paziente ha indossato la protesi per sei settimane e ha aperto barattoli e usato un cacciavite. La mano è la Mia-Hand di Prensilia, spin-off della Sant'Anna. I risultati, pubblicati su Science Robotics, sono descritti nel comunicato della Scuola Sant'Anna. Il progetto europeo MYTI punta ora alla traslazione clinica, e il gruppo collabora da anni con il Centro Protesi INAIL.
Il MIT legge lunghezza e velocità del muscolo, Pisa la posizione dei magneti nello spazio. In entrambi i casi un impianto passivo prende il posto degli elettrodi. Per una startup medtech che lavora su una protesi bionica, la strada verso il prodotto passa da chirurghi e studi clinici. È il percorso già fatto dal primo intervento di cataratta interamente robotizzato e dal pacemaker a ultrasuoni del MIT. Inhuse segue progetti biomedicali con l'assistenza specialistica.
Il dato da seguire ora è lo studio in corso al MIT, in cui i partecipanti guidano protesi reali con i segnali dei magneti.
