Elettronica e scienza dei materiali rivoluzionano la tecnologia protesica

Oltre a fornire la funzionalità desiderata, una protesi deve essere conveniente, non deve pesare troppo o esaurirsi troppo rapidamente. Grazie all'elettronica, alla scienza dei materiali e alla stampa 3D, questi requisiti possono essere soddisfatti

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di Mark Patrick Mouser Electronics 

I progressi nella scienza dei materiali e nell’ingegneria elettronica hanno consentito la creazione di una nuova generazione di prodotti protesici. Le protesi devono funzionare in un modo il più vicino possibile a quello dell’arto originale dell’utente. Sono diversi i requisiti richiesti a un arto artificiale: oltre a fornire la funzionalità desiderata ed essere conveniente, non deve pesare troppo o esaurirsi troppo rapidamente. Questi arti artificiali utilizzano le più recenti tecnologie di stampaggio per garantire che la vestibilità sia il più confortevole possibile, mentre un sofisticato hardware di controllo del movimento può aiutare a fornire movimenti più fluidi e naturali. Allo stesso tempo, la stampa 3D sta riducendo significativamente la spesa associata alla realizzazione di unità su misura.

Come l’elettronica sta migliorando la realizzazione delle protesi

Quando si tratta di arti artificiali, l’adattamento è probabilmente l’elemento più essenziale da considerare. Senza questo, la protesi non può applicare una leva adeguata; tenderà a spostarsi durante l’uso e può potenzialmente causare lesioni a chi lo indossa. Indipendentemente dall’arto coinvolto, un layout di protesi di base include una presa per il moncone,  cinghie, o un’imbracatura, per fissarlo contro una parte del corpo e sistemi elettromeccanici per eseguire il movimento.

Il processo di montaggio e allineamento della protesi può variare, poiché ogni utente avrà una combinazione unica di arti rimanenti, postura, peso e altri fattori ergonomici. Il resto dell’arto dell’utente deve connettersi alla protesi in modo comodo e intuitivo. Questo è ancora più importante dei sistemi elettromeccanici coinvolti, poiché anche l’arto artificiale più sofisticato è quasi inutile se non si adatta correttamente.
In precedenza l’unico mezzo per creare una protesi adattata era quello di prendere un calco in gesso e usarlo per creare uno stampo. Recentemente, gli strumenti di scansione laser, progettazione assistita da computer (CAD) e produzione assistita da computer (CAM) hanno iniziato a essere utilizzati per produrre stampi più precisi (e quindi più adatti).  Il medico esegue la scansione del corpo e la funzionalità di simmetria integrata nel software di scansione crea l’immagine del lato opposto, fornendo un rendering 3D con dettagliate informazioni sulla superficie. Grazie all’elettronica, quindi, le protesi diventano più adattabili ed efficienti.

Due casi di successo: Össur Symbionic Leg 3 e Bebionic 

Una volta che l’arto è stato montato, deve fornire funzionalità a chi lo indossa. Solo imitando adeguatamente i movimenti delle articolazioni reali gli arti artificiali possono essere utili per il loro utente. Össur Symbionic Leg 3 è una protesi bionica, caratterizzata da un ginocchio controllato da microprocessore e da una caviglia motorizzata con flessione proattiva, il tutto racchiuso in un’unità integrata. Progettata per fornire maggiore sicurezza, simmetria e sicurezza durante la deambulazione, questa protesi non obbliga gli utenti ad adattare il proprio stile di deambulazione o compensare in altro modo, in modo da ottenere un’approssimazione più ravvicinata del normale movimento ambulatoriale. Le funzioni di sollevamento della punta e di recupero inciampate di Symbionic Leg 3 hanno lo scopo di aumentare la sicurezza e ridurre il rischio di inciampi/cadute, mentre le sue capacità di adattamento intelligente del terreno forniscono stabilità quando si cammina su superfici quotidiane, come erba, pendii o terreno irregolare. Circa i due terzi delle persone che utilizzano questo prodotto hanno riportato una riduzione degli inciampi rispetto alle precedenti protesi.

Un caso interessante di protesi per mani, con 14 diversi modelli di presa e posizioni delle mani, è invece l’unità Bebionic è progettata per manipolare quasi tutto ciò di cui la persona media ha bisogno nella vita di tutti i giorni. I singoli motori in ogni dito muovono la mano e la presa in modo naturale e coordinato, con un controllo proporzionale della velocità che fornisce la precisione necessaria per compiti delicati (ad esempio, gli utenti possono prendere un uovo o tenere una tazza di polistirolo). Abbastanza forte da sopportare fino a 45 kg, questa protesi ha un innovativo design del palmo che la protegge dai danni da impatto. Inoltre, i morbidi cuscinetti per le dita e un ampio profilo del pollice aiutano a massimizzare la superficie e migliorare la presa. Il design ottimizza la distribuzione del peso per rendere la mano più leggera. I microprocessori interni monitorano continuamente la posizione di ogni dito. Una funzione di presa automatica rileva automaticamente quando un oggetto afferrato sta scivolando e regola la presa per fissarlo.

La nuova frontiera degli esoscheletri

Un altro vantaggio dell’attuale rivoluzione che sta avvenendo nella tecnologia protesica grazie anche all’elettronica sono i progressi compiuti nei meccanismi di assistenza umana come gli esoscheletri. Nelle fabbriche, nei magazzini e nei cantieri, le attività generali possono essere molto stressanti dal punto di vista fisico per i lavoratori. Secondo l’Istituto Scientifico WidO, in Germania, quasi un terzo di tutti i giorni di malattia nel settore edile nel corso del 2017 sono stati attribuiti direttamente a problemi muscoloscheletrici di qualche tipo. Ottobock ha risposto sviluppando l’esoscheletro Paexo. Un esoscheletro passivo che non richiede un apporto di energia, l’attrezzo da 1,9 kg viene indossato vicino al corpo, con gusci delle braccia che trasferiscono il peso delle braccia alzate ai fianchi utilizzando la tecnologia di trazione meccanica del cavo. Gli utenti possono indossare comodamente questo esoscheletro per periodi superiori a 8 ore e possono ridurre significativamente lo sforzo a cui sono sottoposti.


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