Costruire un'andatura migliore

Un prototipo di piede protesico monopezzo a basso costo in nylon. Per gentile concessione dei ricercatori

Le protesi avanzate offrono agli amputati un'ampia gamma di opzioni bioniche. Ma possono costare decine di migliaia di dollari, rendendoli irraggiungibili per molti.

Ora gli ingegneri del MIT hanno sviluppato un piede artificiale semplice, economico e personalizzabile che, sebbene non abbia componenti elettronici o parti mobili, offre un'andatura simile a quella di una persona normodotata. I ricercatori stimano che la protesi, se prodotta su larga scala, potrebbe costare un ordine di grandezza in meno rispetto ai prodotti esistenti.

Nel 2012, subito dopo che Amos Winter, SM '05, PhD '11, si è unito alla facoltà di ingegneria meccanica, è stato avvicinato dal produttore di arti artificiali Jaipur Foot, che ogni anno dona migliaia dei suoi piedi protesici a utenti in India e altrove. Producono questo piede da oltre 40 anni ed è robusto, quindi gli agricoltori possono usarlo a piedi nudi all'aperto ed è relativamente realistico, afferma Winter. Ma è piuttosto pesante e la struttura interna è fatta tutta a mano, il che crea una grande variazione nella qualità del prodotto. Jaipur Foot ha chiesto a Winter di progettare un piede migliore e più leggero che potesse essere prodotto in serie a basso costo.

Nel ripensare il tipico design del piede, il team di Winter, guidato da Kathryn Olesnavage '12, SM '14, PhD '18, si è reso conto che gli amputati che hanno perso un arto sotto il ginocchio non possono sentire cosa fa un piede protesico. Per un utente, il piede è proprio come una scatola nera, dice Winter. Non è collegato al loro sistema nervoso e non interagiscono intimamente con il piede.

Quindi, invece di cercare di replicare i movimenti di un piede normodotato, si sono concentrati sui movimenti della parte inferiore della gamba.

Dopo aver sviluppato un modello matematico che descrive la rigidità, il possibile movimento e la forma della protesi, hanno inserito i dati sulle forze di reazione al suolo raccolti da camminatori normodotati, che potrebbero riassumere per prevedere come si muoverebbe la parte inferiore della gamba di un utente attraverso un singolo passaggio. Quindi hanno sintonizzato la rigidità e la geometria del piede simulato per produrre una traiettoria della parte inferiore della gamba simile al movimento del corpo abile.

Per individuare una forma ideale del piede, il gruppo ha simulato una varietà di piedi, eliminando le forme che non producevano qualcosa di simile a un'andatura abile nel modello. Quindi hanno mescolato e abbinato le caratteristiche delle forme rimanenti per arrivare a quella che ha prodotto la traiettoria più naturale della parte inferiore della gamba. Il risultato è simile alla vista laterale di uno slittino.

Olesnavage e Winter hanno calcolato che se variavano la rigidità e la forma in base al peso corporeo e alle dimensioni di una persona, la protesi avrebbe anche generato movimenti delle gambe simili alla deambulazione abili. Per testare questa idea, hanno modellato diversi piedi per i volontari in India utilizzando nylon lavorato, un materiale scelto per la sua capacità di accumulo di energia.

La cosa interessante è che non si comporta per niente come un piede normodotato: non c'è caviglia o articolazione metatarsale, dice Winter. È solo una grande struttura e tutto ciò che ci interessa è come la parte inferiore della gamba si muove nello spazio. La maggior parte dei test è stata eseguita al chiuso, ma un ragazzo è corso fuori, gli è piaciuto così tanto. Mette una molla nel tuo passo.

Il produttore italiano di scarponi da trekking Vibram sta progettando una copertura realistica per la protesi che le darà anche trazione su superfici fangose ​​o scivolose. I ricercatori hanno in programma di testare le protesi e le coperture su volontari in India la prossima estate.

Questo modello è potenzialmente rivoluzionario per il settore, afferma Winter, perché possiamo quantificare completamente il piede e metterlo a punto per gli individui e utilizzare materiali più economici.

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