Labākas gaitas veidošana

Viendaļīgas, lētas neilona pēdas protēzes prototips. Ar pētnieku pieklājību

Uzlabotā protezēšana amputētajiem piedāvā plašu bionisko iespēju klāstu. Bet tie var maksāt desmitiem tūkstošu dolāru, padarot tos nesasniedzamus daudziem.

Tagad MIT inženieri ir izstrādājuši vienkāršu, zemu izmaksu, pielāgojamu mākslīgo pēdu, kas, lai gan tai nav elektronikas vai kustīgu daļu, nodrošina gaitu, kas ir līdzīga darbspējīga cilvēka gaitai. Pētnieki lēš, ka protēze, ja tā tiek ražota plašā mērogā, varētu maksāt par lielumu mazāk nekā esošie izstrādājumi.

2012. gadā, drīz pēc tam, kad Amoss Vinters, SM '05, PhD '11, pievienojās mašīnbūves fakultātei, viņu uzrunāja mākslīgo ekstremitāšu ražotājs Jaipur Foot, kas katru gadu dāvina tūkstošiem savu pēdu protēžu lietotājiem Indijā un citur. Viņi ir izgatavojuši šo pēdu vairāk nekā 40 gadus, un tā ir izturīga, tāpēc lauksaimnieki var to izmantot basām kājām ārā, un tā ir salīdzinoši dzīvīga, saka Vinters. Bet tas ir diezgan smags, un iekšējā struktūra ir izgatavota ar rokām, kas rada lielas atšķirības produktu kvalitātē. Jaipur Foot lūdza Winteru izstrādāt labāku, vieglāku pēdu, ko varētu masveidā ražot par zemām izmaksām.

Pārdomājot tipisko pēdas dizainu, Winter komanda, kuru vadīja Kathryn Olesnavage '12, SM '14, PhD '18, saprata, ka amputētie, kuri ir zaudējuši ekstremitāti zem ceļgala, nevar sajust, ko dara pēdas protēze. Lietotājam pēda ir gluži kā melnā kaste, saka Vinters. Tas nav saistīts ar viņu nervu sistēmu, un viņi cieši nesadarbojas ar pēdu.

Tāpēc tā vietā, lai mēģinātu atkārtot spējīgas pēdas kustības, viņi koncentrējās uz apakšstilba kustībām.

Pēc matemātiskā modeļa izstrādes, kas apraksta protēzes stīvumu, iespējamo kustību un formu, viņi pievienoja datus par zemes reakcijas spēkiem, kas savākti no darbspējīgiem staigātājiem, kurus viņi varēja apkopot, lai prognozētu, kā lietotāja apakšstilbs pārvietosies vienā solī. Pēc tam viņi noregulēja imitētās pēdas stingrību un ģeometriju, lai izveidotu apakšstilba trajektoriju, kas līdzīga spējīgai kustībai.

Lai precīzi noteiktu ideālu pēdas formu, grupa modelēja dažādas pēdas, izslēdzot formas, kas modelī neradīja kaut ko tuvu darbspējīgai gaitai. Pēc tam viņi sajauca un saskaņoja atlikušo formu iezīmes, lai iegūtu tādu, kas radīja visdabiskāko apakšstilba trajektoriju. Rezultāts izskatās līdzīgs skatam no sāniem uz kamanām.

Olesnavage un Vinters uzskatīja, ka, mainot stīvumu un formu atbilstoši cilvēka ķermeņa svaram un izmēram, protēze radītu arī kāju kustības, kas līdzīgas staigāšanai. Lai pārbaudītu šo ideju, viņi brīvprātīgajiem Indijā izveidoja vairākas pēdas, izmantojot mehāniski apstrādātu neilonu, materiālu, kas izvēlēts tā enerģijas uzkrāšanas spējai.

Forši ir tas, ka šī pēda neizturas kā spējīga pēda — nav potītes vai pleznas locītavas, saka Vinters. Tā ir tikai viena liela struktūra, un mums rūp tikai tas, kā apakšstilbs pārvietojas telpā. Lielāko daļu testu veica iekštelpās, bet viens puisis izskrēja ārā, viņam tik ļoti patika. Tas ieliek jūsu solī atsperi.

Itāļu pārgājienu zābaku ražotājs Vibram protēzei izstrādā reālistisku pārklājumu, kas nodrošinās tai saķeri arī uz dubļainām vai slidenām virsmām. Nākamajā vasarā pētnieki plāno pārbaudīt protēzes un pārklājumus uz brīvprātīgajiem Indijā.

Šis modelis potenciāli var mainīt nozares spēli, saka Vinters, jo mēs varam pilnībā noteikt pēdas daudzumu un pielāgot to indivīdiem, kā arī izmantot lētākus materiālus.

paslēpties