Cerca de 80% das lesões esportivas são as chamadas lesões musculoesqueléticas, por exemplo entorses, tensões ou alongamento excessivo. Essas lesões podem ocorrer especialmente em esportes com altas cargas nos pulsos, como handebol, basquete ou levantamento de peso. Os apoios convencionais não fornecem estabilidade suficiente ou restringem muito a mobilidade da articulação. Uma equipe de pesquisa do Instituto Zoológico da Universidade de Kiel (CAU) desenvolveu uma tala articular flexível que combina mobilidade máxima e estabilidade ideal. A fonte de sua inspiração foram as asas ultrafinas das libélulas, que têm de suportar cargas externas substanciais durante o voo. O estudo deles foi publicado ontem na revista Física Aplicada A . Agora, os cientistas querem colocar seu projeto em prática, uma patente já foi depositada.

Inspirado nas propriedades únicas das asas de libélulas

Na realidade, os cientistas estão investigando as propriedades fascinantes das asas de libélula:para resistir a diferentes correntes de vento e colisões com objetos sólidos, eles devem ser estáveis ​​e resilientes. "Na engenharia, estabilidade e mobilidade são frequentemente dois recursos mutuamente exclusivos, enquanto na natureza eles são amplamente comuns, "diz Ali Khaheshi, o primeiro autor do estudo. O engenheiro e cientista de materiais está prestes a concluir seu doutorado. com o Professor Stanislav Gorb e o grupo de pesquisa do Dr. Hamed Rajabi "Morfologia Funcional e Biomecânica". Juntos, eles investigaram como a libélula consegue combinar as duas características.

"Os resultados da biologia nos mostram ideias interessantes para soluções técnicas:no caso das libélulas, a chave são as conexões semelhantes a juntas em suas asas, "explica Gorb. Eles estão entrelaçados com patches da resilina de proteína elástica, que inicialmente permitem grande liberdade de movimento. se um certo ângulo de extensão for excedido, espigões cuticulares rígidos na asa bloqueiam um movimento posterior por meio de travamento. Eles agora suportam a junta e dão às asas a estabilidade necessária para suportar altas cargas.

"Quando um colega de equipe nos contou sobre a dor em seu pulso durante a prática de esportes, reconhecemos que nosso conceito inspirado em asas pode fornecer uma solução ", relata Rajabi. A fim de transferir o princípio da natureza para uma tala de pulso de suporte, mas móvel, eles desenvolveram uma espécie de dobradiça feita de ácido polilático (PLA). Graças ao seu design especial, a construção em plástico leve e flexível pesa apenas 23 gramas. Isso significa que ele pode ser amarrado em faixas têxteis elásticas padrão e não restringe o movimento natural da mão. Apenas a partir de um ângulo de 70 graus - ou seja, até que ponto os pulsos são dobrados para levantamento de peso - uma ponta bloqueia o movimento e estabiliza a articulação sob a carga externa, semelhantes aos espinhos nas asas da libélula.

Aplicações em medicina e robótica também são possíveis

Em uma configuração de teste especial, a equipe de pesquisa examinou como a tala articular resistiu à flexão e à força externa. "Os testes mostraram que nossa tala tem uma capacidade de carga de cerca de 320 Newton, o que significa cerca de 32 quilogramas, o que é mais de 1300 vezes o peso da própria tala. Se a estrutura for feita de materiais mais fortes do que o PLA, poderia suportar cargas de até 450 kg, o que seria muito maior do que a força experimentada pelo recorde mundial de levantamento de peso, "diz Khaheshi.

A tala de articulação pode ser produzida facilmente e com boa relação custo-benefício usando a impressão 3-D e pode ser ajustada à mão, cotovelo ou joelho. Isso também permite aplicações médicas após lesões, por exemplo, quando as articulações devem apenas dobrar e esticar até certo ponto. Outra vantagem do design é que é fácil de controlar. "Ao contrário de uma mola mecânica não linear, que gradualmente se torna mais rígido quando comprimido, podemos alternar entre o modo móvel e o modo de suporte sem demora, "diz Rajabi. Isso o torna também um candidato adequado para aplicações robóticas.

Procurando por parceiros industriais

Agora, os cientistas estão procurando parceiros industriais para desenvolver ainda mais sua tala de articulação e trazê-la para o mercado, por exemplo, como um componente integrado de bandagens têxteis. Eles já têm uma patente sobre seu conceito. "Os sistemas biológicos são muito mais complexos do que muitas vezes se pensa à primeira vista. Como resultado, eles têm propriedades únicas com as quais podemos aprender abordagens completamente novas para outros campos, "diz Khaheshi, resumindo seu interesse no campo de pesquisa da biomecânica.