Enhancing Prosthetic Control through High‐Fidelity Myoelectric Mapping with Molecular Anchoring Technology

材料科学 生物医学工程 人工肌肉 肌电图 执行机构 肌肉收缩 角质层 锚固 计算机科学 人工智能 解剖 神经科学 工程类 医学 结构工程 病理 生物
作者
Liang Pan,Hui Wang,Pingao Huang,Xuwei Wu,Zihan Tang,Ying Jiang,Shaobo Ji,Jinwei Cao,Baohua Ji,Guanglin Li,Dechang Li,Zhiming Wang,Xiaodong Chen
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (29) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adma.202301290
摘要

Myoelectric control utilizes electrical signals generated from the voluntary contraction of remaining muscles in an amputee's stump to operate a prosthesis. Precise and agile control requires low-level myoelectric signals (below 10% of maximum voluntary contraction, MVC) from weak muscle contractions such as phantom finger or wrist movements, but imbalanced calcium concentration in atrophic skin can distort the signals. This is due to poor ionic-electronic coupling between skin and electrode, which often causes excessive muscle contraction, fatigue, and discomfort during delicate tasks. To overcome this challenge, a new strategy called molecular anchoring is developed to drive hydrophobic molecular effectively interact with and embed into stratum corneum for high coupling regions between ionic fluxes and electronic currents. The use of hydrophobic poly(N-vinyl caprolactam) gel has resulted in an interface impedance of 20 kΩ, which is 1/100 of a commercial acrylic-based electrode, allowing the detection of ultralow myoelectric signals (≈1.5% MVC) that approach human limits. With this molecular anchoring technology, amputees operate a prosthesis with greater dexterity, as phantom finger and wrist movements are predicted with 97.6% accuracy. This strategy provides the potential for a comfortable human-machine interface when amputees accomplish day-to-day tasks through precise and dexterous myoelectric control.
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