Emprunter un sentier de randonnée ou une rue pavée avec une jambe prothétique est une proposition risquée - c'est possible, mais même en terrain relativement facile, les personnes qui utilisent des prothèses pour marcher sont plus susceptibles de tomber que les autres. Maintenant, Les ingénieurs mécaniciens de l'Université de Stanford ont développé une jambe prothétique plus stable - et une meilleure façon de les concevoir - qui pourrait rendre les terrains difficiles plus gérables pour les personnes qui ont perdu une jambe.
La pierre angulaire du nouveau design est une sorte de pied de trépied qui réagit aux terrains accidentés en déplaçant activement la pression entre trois points de contact différents. Aussi important que le pied soit un outil, l'équipe a développé pour émuler et améliorer rapidement leurs prototypes.
« Les émulateurs de prothèses nous permettent d'essayer de nombreuses conceptions différentes sans la surcharge d'un nouveau matériel, " a déclaré Steven Collins, professeur agrégé de génie mécanique et membre de Stanford Bio-X. "Essentiellement, nous pouvons essayer toutes sortes d'idées de conception folles que nous pourrions avoir et voir comment les gens y répondent, " il a dit, sans avoir à construire chaque idée séparément, un effort qui peut prendre des mois ou des années pour chaque conception différente.
Étudiant diplômé Vincent Chiu, la chercheuse postdoctorale Alexandra Voloshina et Collins décrivent la construction et les premiers tests de leur émulateur prothétique dans un article publié dans Transactions IEEE sur le génie biomédical .
S'adapter au terrain
Environ un demi-million de personnes aux États-Unis ont perdu un membre inférieur, avec des effets qui vont au-delà de la simple difficulté de se déplacer. Les personnes amputées d'une jambe sont cinq fois plus susceptibles de tomber au cours d'une année, ce qui peut expliquer pourquoi ils sont également moins engagés socialement. Un meilleur membre prothétique pourrait améliorer non seulement la mobilité, mais également la qualité de vie globale.
Un domaine d'intérêt particulier est la fabrication de membres prothétiques qui peuvent mieux gérer un terrain accidenté. La solution, Chiou, Voloshina et Collins pensèrent, pourrait être un trépied avec un talon orienté vers l'arrière et deux orteils orientés vers l'avant. Equipé de capteurs de position et de moteurs, le pied pourrait ajuster son orientation pour répondre à un terrain variable, tout comme quelqu'un avec un pied intact pourrait bouger ses orteils et fléchir ses chevilles pour compenser tout en marchant sur un sol accidenté.
Mais les ingénieurs savaient que perfectionner la conception serait difficile, même avec des conceptions simples, une approche conventionnelle peut prendre des années ou plus. "Il faut d'abord trouver une idée, puis la prototyper et ensuite faire une belle version usinée, " dit Chiu. " Cela pourrait prendre plusieurs années, et la plupart du temps, vous découvrez que cela ne fonctionne pas vraiment."
Conception accélérée
Chiu et son équipe pensaient pouvoir accélérer le processus en développant un émulateur, ce qui renverse le processus de conception. Plutôt que de construire un membre prothétique, quelqu'un pourrait tester dans le monde réel, l'équipe a plutôt construit un pied de trépied de base, puis connecté à de puissants moteurs hors-bord et à des systèmes informatiques qui contrôlent la façon dont le pied réagit lorsqu'un utilisateur se déplace sur toutes sortes de terrains.
Ce faisant, l'équipe peut concentrer sa conception sur le fonctionnement de la prothèse :la force avec laquelle un orteil doit pousser en marchant, à quel point le talon doit être élastique et ainsi de suite, sans avoir à se soucier de la façon de rendre l'appareil léger et peu coûteux en même temps.
Jusqu'à présent, l'équipe a rapporté les résultats du travail avec un participant, un homme de 60 ans qui a perdu sa jambe sous le genou à cause du diabète, et les premiers résultats sont prometteurs, ce qui donne à l'équipe l'espoir qu'elle pourra utiliser ces résultats et les transformer en prothèses plus performantes.
"L'une des choses que nous sommes ravis de faire est de traduire ce que nous trouvons dans le laboratoire en appareils légers et à faible consommation d'énergie et donc peu coûteux qui peuvent être testés en dehors du laboratoire, " dit Collins. " Et si ça se passe bien, nous aimerions aider à faire de ce produit un produit que les gens peuvent utiliser dans la vie de tous les jours."
