Percorrere un sentiero o una strada acciottolata con una protesi alla gamba è una proposta rischiosa:è possibile, ma anche su terreni relativamente facili, le persone che usano le protesi per camminare hanno maggiori probabilità di cadere rispetto ad altre. Ora, Gli ingegneri meccanici della Stanford University hanno sviluppato una gamba protesica più stabile, e un modo migliore di progettarla, che potrebbe rendere più gestibile il terreno impegnativo per le persone che hanno perso una gamba.

La pietra angolare del nuovo design è una sorta di piede per treppiede che risponde ai terreni accidentati spostando attivamente la pressione tra tre diversi punti di contatto. Tanto importante quanto il piede è uno strumento, il team ha sviluppato per emulare e migliorare rapidamente i propri prototipi.

"Gli emulatori protesici ci consentono di provare molti design diversi senza il sovraccarico del nuovo hardware, " ha detto Steven Collins, professore associato di ingegneria meccanica e membro di Stanford Bio-X. "Fondamentalmente, possiamo provare qualsiasi tipo di idea di design folle che potremmo avere e vedere come le persone reagiscono a loro, " Egli ha detto, senza dover costruire ogni idea separatamente, uno sforzo che può richiedere mesi o anni per ogni design diverso.

Studente laureato Vincent Chiu, la ricercatrice post-dottorato Alexandra Voloshina e Collins descrivono la costruzione e i primi test del loro emulatore protesico in un articolo pubblicato su Transazioni IEEE sull'ingegneria biomedica .

Adattarsi al terreno

Circa mezzo milione di persone negli Stati Uniti hanno perso un arto inferiore, con effetti che vanno oltre il semplice fatto di rendere più difficile muoversi. Le persone con un'amputazione della gamba hanno cinque volte più probabilità di cadere nel corso di un anno, il che può contribuire al motivo per cui sono anche meno impegnati socialmente. Un arto protesico migliore potrebbe migliorare non solo la mobilità ma anche la qualità generale della vita.

Un'area di particolare interesse è la realizzazione di arti protesici in grado di gestire meglio i terreni accidentati. La soluzione, Chiu, Voloshina e Collins pensavano, potrebbe essere un treppiede con un tallone rivolto all'indietro e due dita rivolte in avanti. Dotato di sensori di posizione e motori, il piede potrebbe regolare il suo orientamento per rispondere al terreno variabile, proprio come qualcuno con un piede intatto potrebbe muovere le dita dei piedi e flettere le caviglie per compensare mentre cammina su un terreno accidentato.

Ma gli ingegneri sapevano che perfezionare il design sarebbe stato difficile, anche con progetti semplici, un approccio convenzionale può richiedere anni o più. "Prima devi avere un'idea e poi la prototipi e poi fai una bella versione lavorata, " Chiu ha detto. "Potrebbero volerci diversi anni, e la maggior parte delle volte scopri che in realtà non funziona."

Accelerazione del design

Chiu e il suo team pensavano di poter accelerare il processo sviluppando un emulatore, che ribalta il processo di progettazione. Piuttosto che costruire un arto protesico qualcuno potrebbe testarlo nel mondo reale, il team ha invece costruito un piede treppiede di base, poi lo ha collegato a potenti motori fuoribordo e sistemi informatici che controllano la risposta del piede quando l'utente si muove su tutti i tipi di terreno.

Così facendo, il team può concentrarsi sulla progettazione su come dovrebbe funzionare la protesi:quanto forte dovrebbe spingere un dito mentre si cammina, quanto elastico dovrebbe essere il tallone e così via, senza doversi preoccupare di come rendere il dispositivo leggero ed economico allo stesso tempo.

Finora il team ha riportato i risultati del lavoro con un partecipante, un uomo di 60 anni che ha perso la gamba sotto il ginocchio a causa del diabete, e i primi risultati sono promettenti, facendo sperare al team di poter prendere quei risultati e trasformarli in protesi più capaci.

"Una delle cose che siamo entusiasti di fare è tradurre ciò che troviamo in laboratorio in dispositivi leggeri e a bassa potenza e quindi economici che possono essere testati fuori dal laboratorio, " disse Collins. "E se va bene, vorremmo contribuire a rendere questo un prodotto che le persone possono utilizzare nella vita di tutti i giorni".