Environ 80% des blessures sportives sont des blessures dites musculo-squelettiques, par exemple les entorses, tensions ou étirement excessif. De telles blessures peuvent survenir en particulier dans les sports avec des charges élevées sur les poignets, comme le handball, basket-ball ou haltérophilie. Les supports conventionnels soit n'offrent pas une stabilité suffisante, soit limitent trop la mobilité de l'articulation. Une équipe de recherche de l'Institut zoologique de l'Université de Kiel (CAU) a maintenant développé une attelle articulaire flexible qui combine une mobilité maximale et une stabilité optimale. La source de leur inspiration était les ailes ultra-fines des libellules, qui doivent supporter des charges externes importantes pendant le vol. Leur étude a été publiée hier dans la revue Physique appliquée A . Maintenant, les scientifiques veulent mettre leur conception en pratique, un brevet a déjà été déposé.

Inspiré par les propriétés uniques des ailes de libellules

Réellement, les scientifiques étudient les propriétés fascinantes des ailes de libellule :pour résister aux différents courants de vent et aux collisions avec des objets solides, ils doivent être à la fois stables et résistants. "En ingénierie, la stabilité et la mobilité sont souvent deux caractéristiques mutuellement exclusives, alors que dans la nature, ils sont largement répandus, " dit Ali Khaheshi, le premier auteur de l'étude. L'ingénieur et scientifique des matériaux est sur le point de terminer son doctorat. avec le professeur Stanislav Gorb et le groupe de recherche du Dr Hamed Rajabi « Morphologie fonctionnelle et biomécanique ». Ensemble, ils ont étudié comment la libellule parvient à combiner les deux caractéristiques.

« Les résultats de la biologie nous montrent des idées passionnantes de solutions techniques :dans le cas des libellules, la clé est les connexions en forme de joint dans leurs ailes, " explique Gorb. Ils sont entrelacés avec des patchs de la protéine élastique résiline, qui permettent dans un premier temps une grande liberté de mouvement. si un certain angle d'extension est dépassé, des pointes cuticulaires rigides sur l'aile bloquent un mouvement ultérieur en s'emboîtant. Ils soutiennent désormais l'articulation et confèrent aux ailes la stabilité nécessaire pour supporter des charges élevées.

"Quand un collègue de l'équipe nous a parlé de la douleur dans son poignet pendant le sport, nous avons reconnu que notre concept inspiré de l'aile peut apporter une solution" rapporte Rajabi. Afin de transférer le principe de la nature à une attelle de poignet de soutien et pourtant mobile, ils ont développé une sorte de charnière en acide polylactique (PLA). Grâce à sa conception spéciale, la construction en plastique léger et flexible ne pèse que 23 grammes. Cela signifie qu'il peut être attaché sur des enveloppes textiles élastiques standard et ne limite pas le mouvement naturel de la main. Seulement à partir d'un angle de 70 degrés - c'est à quel point les poignets sont pliés pour l'haltérophilie - une pointe bloque le mouvement et stabilise l'articulation sous la charge externe, semblable aux pointes des ailes de libellule.

Des applications en médecine et en robotique sont également possibles

Dans une configuration de test spéciale, l'équipe de recherche a examiné comment leur attelle articulaire résistait à la flexion et à la force externe. "Les tests ont montré que notre attelle a une capacité de charge d'environ 320 Newtons, soit environ 32 kilogrammes, soit plus de 1 300 fois le poids de l'attelle. Si la structure est faite de matériaux plus résistants que le PLA, il pourrait supporter des charges allant jusqu'à 450 kg ce qui serait bien supérieur à la force subie par le record du monde d'haltérophilie, " dit Khaheshi.

L'attelle articulaire peut être produite facilement et à moindre coût à l'aide de l'impression 3D et peut être ajustée à la main, articulations du coude ou du genou. Cela permet également des applications médicales après des blessures, par exemple lorsque les articulations ne doivent se plier et s'étirer que dans une mesure limitée. Un autre avantage de la conception est qu'il est facile à contrôler. "Contrairement à un ressort mécanique non linéaire, qui devient progressivement plus rigide lorsqu'il est comprimé, nous pouvons basculer entre le mode mobile et le mode support sans délai, " dit Rajabi. Cela en fait également un candidat approprié pour les applications robotiques.

Recherche de partenaires industriels

Maintenant, les scientifiques recherchent des partenaires industriels pour développer davantage leur attelle articulaire et la mettre sur le marché, par exemple en tant que composant intégré de bandages textiles. Ils ont déjà un brevet sur leur concept. « Les systèmes biologiques sont bien plus complexes qu'on ne le pense souvent à première vue. ils ont des propriétés uniques à partir desquelles nous pouvons apprendre des approches complètement nouvelles pour d'autres domaines, " dit Khaheshi, résumant son intérêt pour le domaine de recherche de la biomécanique.