Seguir uma trilha de caminhada ou uma rua de paralelepípedos com uma perna protética é uma proposta arriscada, é possível, mas mesmo em terreno relativamente fácil, pessoas que usam próteses para andar têm maior probabilidade de cair do que outras. Agora, Os engenheiros mecânicos da Universidade de Stanford desenvolveram uma prótese de perna mais estável - e uma maneira melhor de projetá-la - que pode tornar o terreno desafiador mais gerenciável para pessoas que perderam a perna.

A pedra angular do novo design é uma espécie de pé de tripé que responde a terrenos acidentados mudando ativamente a pressão entre três pontos de contato diferentes. Tão importante quanto o pé é uma ferramenta, a equipe desenvolvida para emular e melhorar rapidamente seus protótipos.

"Os emuladores protéticos nos permitem experimentar muitos designs diferentes sem a sobrecarga de novo hardware, "disse Steven Collins, professor associado de engenharia mecânica e membro da Stanford Bio-X. "Basicamente, podemos tentar qualquer tipo de ideia maluca de design que possamos ter e ver como as pessoas reagem a elas, " ele disse, sem ter que construir cada ideia separadamente, um esforço que pode levar meses ou anos para cada projeto diferente.

Estudante de graduação Vincent Chiu, a pesquisadora de pós-doutorado Alexandra Voloshina e Collins descrevem a construção e os primeiros testes de seu emulador de prótese em um artigo publicado em IEEE Transactions on Biomedical Engineering .

Ajustando-se ao terreno

Cerca de meio milhão de pessoas nos Estados Unidos perderam um membro inferior, com efeitos que vão além de simplesmente dificultar a movimentação. Pessoas com amputação de perna têm cinco vezes mais chances de cair no decorrer de um ano, o que pode contribuir para o motivo pelo qual eles também são menos engajados socialmente. Um membro protético melhor poderia melhorar não apenas a mobilidade, mas também a qualidade de vida geral.

Uma área de interesse particular é a fabricação de membros protéticos que possam lidar melhor com solos acidentados. A solução, Chiu, Voloshina e Collins pensaram, pode ser um tripé com um calcanhar voltado para trás e dois dedos voltados para a frente. Equipado com sensores de posição e motores, o pé pode ajustar sua orientação para responder a diferentes tipos de terreno, da mesma forma que alguém com um pé intacto pode mover os dedos dos pés e flexionar os tornozelos para compensar ao caminhar sobre um terreno acidentado.

Mas os engenheiros sabiam que aperfeiçoar o design seria difícil, mesmo com designs simples, uma abordagem convencional pode levar anos ou mais. "Primeiro você tem que ter uma ideia, depois fazer um protótipo e fazer uma bela versão usinada, "Chiu disse." Pode levar vários anos, e na maioria das vezes você descobre que não funciona de verdade. "

Design acelerado

Chiu e sua equipe pensaram que poderiam acelerar o processo desenvolvendo um emulador, que vira o processo de design em sua cabeça. Em vez de construir uma prótese, alguém poderia testar no mundo real, a equipe, em vez disso, construiu um pé de tripé básico, em seguida, conectei-o a poderosos motores externos e sistemas de computador que controlam como o pé responde conforme o usuário se move em todos os tipos de terreno.

Ao fazer isso, a equipe pode colocar seu foco de design em como a prótese deve funcionar - com que força um dedo do pé deve empurrar ao caminhar, quão elástico o calcanhar deve ser e assim por diante - sem ter que se preocupar em como tornar o dispositivo leve e barato ao mesmo tempo.

Até agora, a equipe relatou resultados do trabalho com um participante, um homem de 60 anos que perdeu a perna abaixo do joelho devido à diabetes, e os primeiros resultados são promissores - deixando a equipe esperançosa de poder pegar esses resultados e transformá-los em próteses mais capazes.

"Uma das coisas que estamos entusiasmados em fazer é traduzir o que encontramos no laboratório em dispositivos leves e de baixo consumo de energia e, portanto, baratos que podem ser testados fora do laboratório, "Disse Collins." E se tudo correr bem, gostaríamos de ajudar a torná-lo um produto que as pessoas possam usar no dia a dia. "