Tomar una ruta de senderismo o una calle adoquinada con una prótesis de pierna es una propuesta arriesgada:es posible, pero incluso en terrenos relativamente fáciles, las personas que usan prótesis para caminar tienen más probabilidades de caerse que otras. Ahora, Los ingenieros mecánicos de la Universidad de Stanford han desarrollado una prótesis de pierna más estable, y una mejor forma de diseñarla, que podría hacer que el terreno desafiante sea más manejable para las personas que han perdido la parte inferior de la pierna.

La piedra angular del nuevo diseño es una especie de pie de trípode que responde a terrenos accidentados cambiando activamente la presión entre tres puntos de contacto diferentes. Tan importante como el pie es una herramienta, el equipo desarrollado para emular y mejorar rápidamente sus prototipos.

"Los emuladores protésicos nos permiten probar muchos diseños diferentes sin la sobrecarga de hardware nuevo, "dijo Steven Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica y miembro de Stanford Bio-X. "Básicamente, podemos probar cualquier tipo de ideas de diseño locas que podamos tener y ver cómo las personas responden a ellas, " él dijo, sin tener que construir cada idea por separado, un esfuerzo que puede llevar meses o años para cada diseño diferente.

El estudiante de posgrado Vincent Chiu, La investigadora postdoctoral Alexandra Voloshina y Collins describen la construcción y las primeras pruebas de su emulador protésico en un artículo publicado en Transacciones IEEE sobre ingeniería biomédica .

Ajustándose al terreno

Alrededor de medio millón de personas en los Estados Unidos han perdido una extremidad inferior, con efectos que van más allá de simplemente dificultar el movimiento. Las personas con una amputación de una pierna tienen cinco veces más probabilidades de caerse en el transcurso de un año, lo que puede contribuir a por qué también están menos comprometidos socialmente. Una mejor prótesis podría mejorar no solo la movilidad, sino también la calidad de vida en general.

Un área de particular interés es la fabricación de prótesis que puedan manejar mejor los terrenos accidentados. La solución, Chiu, Voloshina y Collins pensaron:podría ser un trípode con un talón orientado hacia atrás y dos dedos orientados hacia adelante. Equipado con sensores de posición y motores, el pie podría ajustar su orientación para responder a diferentes terrenos, tanto como alguien con un pie intacto podría mover los dedos de los pies y flexionar los tobillos para compensar mientras camina sobre terreno accidentado.

Pero los ingenieros sabían que perfeccionar el diseño sería difícil, incluso con diseños simples, un enfoque convencional puede llevar años o más. "Primero tienes que pensar en una idea y luego hacer un prototipo y luego hacer una bonita versión mecanizada, ", Dijo Chiu." Podría llevar varios años, y la mayoría de las veces descubres que en realidad no funciona ".

Acelerando el diseño

Chiu y su equipo pensaron que podrían acelerar el proceso desarrollando un emulador, que da la vuelta al proceso de diseño. En lugar de construir una prótesis que alguien podría probar en el mundo real, en cambio, el equipo construyó un pie de trípode básico, luego lo conectó a potentes motores externos y sistemas informáticos que controlan cómo responde el pie cuando un usuario se mueve sobre todo tipo de terreno.

Al hacerlo, el equipo puede enfocar su diseño en cómo debe funcionar la prótesis:qué tan fuerte debe empujar un dedo del pie al caminar, qué tan elástico debe ser el talón, etc., sin tener que preocuparse por cómo hacer que el dispositivo sea liviano y económico al mismo tiempo.

Hasta ahora, el equipo ha informado los resultados del trabajo con un participante, un hombre de 60 años que perdió la pierna por debajo de la rodilla debido a la diabetes, y los primeros resultados son prometedores, lo que hace que el equipo tenga la esperanza de poder tomar esos resultados y convertirlos en prótesis más capaces.

"Una de las cosas que nos entusiasma hacer es traducir lo que encontramos en el laboratorio en dispositivos livianos y de bajo consumo y, por lo tanto, económicos que se pueden probar fuera del laboratorio". "Dijo Collins." Y si eso va bien, nos gustaría ayudar a que este sea un producto que la gente pueda usar en la vida diaria ".