Een beter looppatroon opbouwen

Een prototype van een eendelige, goedkope prothesevoet van nylon. Met dank aan de onderzoekers

Geavanceerde protheses bieden geamputeerden een breed scala aan bionische opties. Maar ze kunnen tienduizenden dollars kosten, waardoor ze voor velen onbereikbaar zijn.

Nu hebben MIT-ingenieurs een eenvoudige, goedkope, aanpasbare kunstvoet ontwikkeld die, hoewel hij geen elektronica of bewegende delen heeft, een gang biedt die vergelijkbaar is met die van een valide persoon. De onderzoekers schatten dat de prothese, indien op grote schaal vervaardigd, een orde van grootte minder zou kunnen kosten dan bestaande producten.

In 2012, kort nadat Amos Winter, SM '05, PhD '11, toetrad tot de faculteit werktuigbouwkunde, werd hij benaderd door de fabrikant van kunstmatige ledematen Jaipur Foot, die elk jaar duizenden van zijn prothesevoeten doneert aan gebruikers in India en elders. Ze maken deze voet al meer dan 40 jaar, en hij is robuust, zodat boeren hem buiten op blote voeten kunnen gebruiken, en hij is relatief levensecht, zegt Winter. Maar het is vrij zwaar en de interne structuur is helemaal met de hand gemaakt, wat een grote variatie in productkwaliteit oplevert. Jaipur Foot vroeg Winter om een ​​betere, lichtere voet te ontwerpen die tegen lage kosten in massa kon worden geproduceerd.

Bij het heroverwegen van het typische voetontwerp realiseerde het team van Winter, geleid door Kathryn Olesnavage '12, SM '14, PhD '18, dat geamputeerden die een ledemaat onder de knie hebben verloren, niet kunnen voelen wat een voetprothese doet. Voor een gebruiker is de voet een soort zwarte doos, zegt Winter. Het is niet verbonden met hun zenuwstelsel en ze hebben geen intieme interactie met de voet.

Dus in plaats van te proberen de bewegingen van een gezonde voet na te bootsen, concentreerden ze zich op de bewegingen van het onderbeen.

Na het ontwikkelen van een wiskundig model dat de stijfheid, mogelijke beweging en vorm van de prothese beschrijft, voegden ze gegevens toe over grondreactiekrachten die waren verzameld van valide wandelaars, die ze konden samenvatten om te voorspellen hoe het onderbeen van een gebruiker door een enkele stap zou bewegen. Vervolgens stemden ze de stijfheid en geometrie van de gesimuleerde voet af om een ​​onderbeentraject te produceren dat vergelijkbaar is met de gezonde beweging.

Om een ​​ideale voetvorm te bepalen, simuleerde de groep een verscheidenheid aan voeten, waarbij de vormen werden geëlimineerd die niet iets produceerden dat in de buurt kwam van een valide gang in het model. Vervolgens mixten en matchten ze kenmerken van de overige vormen om te komen tot een vorm die het meest natuurlijke traject van het onderbeen produceerde. Het resultaat lijkt op het zijaanzicht van een rodelbaan.

Olesnavage en Winter kwamen tot de conclusie dat als ze de stijfheid en vorm zouden variëren in overeenstemming met het lichaamsgewicht en de grootte van een persoon, de prothese ook beenbewegingen zou genereren die vergelijkbaar zijn met wandelen met een gezonde levensstijl. Om dit idee te testen, maakten ze verschillende voeten voor vrijwilligers in India met machinaal bewerkt nylon, een materiaal dat werd gekozen vanwege het vermogen om energie op te slaan.

Wat cool is, is dat dit in niets lijkt op een gezonde voet - er is geen enkel of middenvoetgewricht, zegt Winter. Het is maar één grote structuur, en het enige waar we om geven is hoe het onderbeen door de ruimte beweegt. De meeste tests werden binnen gedaan, maar een man rende naar buiten, hij vond het zo leuk. Het zet een veer in je stap.

De Italiaanse fabrikant van wandelschoenen Vibram ontwerpt een levensechte bekleding voor de prothese die hem ook grip geeft op modderige of gladde oppervlakken. De onderzoekers zijn van plan de prothesen en bekledingen komende zomer in India te testen op vrijwilligers.

Dit model is potentieel baanbrekend voor de industrie, zegt Winter, omdat we de voet volledig kunnen kwantificeren en afstemmen op individuen, en goedkopere materialen kunnen gebruiken.

zich verstoppen