Circa l'80% delle lesioni sportive sono le cosiddette lesioni muscoloscheletriche, per esempio distorsioni, sforzi o stiramenti eccessivi. Tali lesioni possono verificarsi soprattutto in quegli sport con carichi elevati sui polsi, come la pallamano, basket o sollevamento pesi. I supporti convenzionali non forniscono sufficiente stabilità o limitano troppo la mobilità dell'articolazione. Un team di ricerca dell'Istituto zoologico dell'Università di Kiel (CAU) ha ora sviluppato una stecca articolare flessibile che combina la massima mobilità e una stabilità ottimale. La fonte della loro ispirazione erano le ali ultrasottili delle libellule, che devono sopportare notevoli carichi esterni durante il volo. Il loro studio è stato pubblicato ieri sulla rivista Fisica Applicata A . Ora gli scienziati vogliono mettere in pratica il loro progetto, un brevetto è già stato depositato.

Ispirato alle proprietà uniche delle ali delle libellule

In realtà, gli scienziati stanno studiando le affascinanti proprietà delle ali di libellula:per resistere a diverse correnti di vento e collisioni con oggetti solidi, devono essere sia stabili che resistenti. "In ingegneria, stabilità e mobilità sono spesso due caratteristiche che si escludono a vicenda, considerando che in natura sono molto comuni, "dice Ali Khaheshi, il primo autore dello studio. L'ingegnere e scienziato dei materiali sta per completare il suo dottorato di ricerca. con il professor Stanislav Gorb e il gruppo di ricerca del Dr. Hamed Rajabi "Morfologia funzionale e biomeccanica". Insieme hanno studiato come la libellula riesce a combinare entrambe le caratteristiche.

"I risultati della biologia ci mostrano idee entusiasmanti per soluzioni tecniche:nel caso delle libellule, la chiave sono le connessioni simili a giunture nelle loro ali, " spiega Gorb. Sono intrecciati con chiazze della resilina proteica elastica, che inizialmente consentono una grande libertà di movimento. Tuttavia, se viene superato un certo angolo di estensione, spuntoni cuticolari rigidi sull'ala bloccano un ulteriore movimento ad incastro. Ora supportano il giunto e danno alle ali la stabilità necessaria per resistere a carichi elevati.

"Quando un collega di squadra ci ha raccontato del dolore al polso durante lo sport, abbiamo riconosciuto che il nostro concetto ispirato alle ali può fornire una soluzione", riferisce Rajabi. Al fine di trasferire il principio dalla natura a una stecca per il polso di supporto e tuttavia mobile, hanno sviluppato una sorta di cerniera in acido polilattico (PLA). Grazie al suo design speciale, la costruzione in plastica leggera e flessibile pesa solo 23 grammi. Ciò significa che può essere fissato su fasce elastiche standard in tessuto e non limita il movimento naturale della mano. Solo da un angolo di 70 gradi, ovvero quanto i polsi sono piegati per il sollevamento pesi, un picco blocca il movimento e stabilizza l'articolazione sotto il carico esterno, simili alle punte delle ali di libellula.

Sono possibili anche applicazioni in medicina e robotica

In una speciale configurazione di prova, il team di ricerca ha esaminato come la loro stecca articolare ha resistito alla flessione e alla forza esterna. "I test hanno dimostrato che la nostra stecca ha una capacità di carico di circa 320 Newton, il che significa circa 32 chilogrammi, che è più di 1300 volte il peso stesso della stecca. Se la struttura è realizzata con materiali più resistenti del PLA, potrebbe sopportare carichi fino a 450 kg che sarebbero molto più alti della forza sperimentata dal record mondiale di sollevamento pesi, "dice Khaheshi.

La stecca articolare può essere prodotta facilmente ed economicamente utilizzando la stampa 3D e può essere regolata per la mano, articolazioni del gomito o del ginocchio. Ciò consente anche applicazioni mediche dopo lesioni, ad esempio quando i giunti devono piegarsi e allungarsi solo in misura limitata. Un altro vantaggio del design è che è facile da controllare. "A differenza di una molla meccanica non lineare, che diventa gradualmente più rigido quando viene compresso, possiamo passare dalla modalità mobile alla modalità di supporto senza ritardi, " dice Rajabi. Questo lo rende anche un candidato adatto per applicazioni robotiche.

Alla ricerca di partner industriali

Ora gli scienziati sono alla ricerca di partner industriali per sviluppare ulteriormente la loro stecca articolare e portarla sul mercato, ad esempio come componente integrato di bende tessili. Hanno già un brevetto sul loro concetto. "I sistemi biologici sono molto più complessi di quanto spesso si pensi a prima vista. Di conseguenza, hanno proprietà uniche da cui possiamo imparare approcci completamente nuovi per altri campi, "dice Khaheshi, riassumendo il suo interesse per il campo di ricerca della biomeccanica.