Протез, экономящий силы при ходьбе

Новый протез ноги, который значительно сокращает усилия, затрачиваемые при ходьбе, разработали специалисты Университета Мичигана. Причем, для этого не потребовалось каких-либо электродвигателей и источников питания, протез использует кинетическую энергию самого пользователя.

Обычно значительная часть энергии у владельца протеза уходит впустую, специалисты кафедры биомедицинской инженерии и машиностроения Мичиганского Университета решили исправить это и более рационально использовать энергию, прикладываемую пользователем при ходьбе с протезом.

«Людям с ампутированными конечностями, когда они просто спокойно идут, приходится прикладывать при этом большие усилия, чем обычному человеку. Чтобы более наглядно это объяснить, то представьте, что Вы нагружены дополнительно грузом весом около 30 фунтов», - говорит Арт Ко, профессор кафедры биомедицинской инженерии и машиностроения Мичиганского Университета.

По сравнению с обычными протезами ног, новый прототип устройства значительно сокращает энергию, потраченную для ходьбы.

Информация о новом устройстве для использования в протезах ног опубликована 17 февраля в журнале PLoS ONE. Авторами этой разработки являются профессор кафедры биомедицинской инженерии и машиностроения Университета Мичигана Арт Ко и Стив Коллинз, который при разработке нового протеза являлся студентом Мичиганского Университета, а сейчас является ассоциированным научным сотрудником Технологического Университета Делфта (Нидерланды).

Обычно здоровый человек при ходьбе равномерно распределяет нагрузку между двумя ногами, а сам акт ходьбы является сбалансированным перераспределением нагрузки между различными мышечными группами и в плане биомеханики значительно превосходит параметры, которые характерны при использовании протеза. Типичный протез не воспроизводит привычного для лодыжки обычного человека эффекта при отталкивании от поверхности. В результате проведенного исследования было установлено, что люди, использующие протезы, тратят на 23 процента больше энергии по сравнению с теми, кто протезы при ходьбе не использует.

Чтобы проверить, как работает стопа у обычного человека и того, кто использует протез, инженеры провели свои эксперименты с участием неправительственных организаций, а также людей после ампутации, которые использовали как классические протезы, так и новую разработку специалистов из Мичиганского Университета.

Как правило, цикл ходьбы представляет собой чередование практических идентичных движений. Мичиганские специалисты поставили перед собой задачу часть энергии, которая при использования протеза тратится впустую, использовать в цикле ходьбы для облегчения определенных движений искусственной стопы. Для этого с помощью специально разработанного микроконтроллера часть энергии передается для возвращения стопы в прежнее положение в определенной фазе шага.

«На основании измерения метаболических показателей было зафиксировано, что испытуемые тратили на 14 процентов больше энергии с использованием нового протеза, чем обычный человек при ходьбе. Этот показатель значительно ниже, чем у тех, кто использовал обычные протезы, у них этот показатель составлял 23 процента», - говорит профессор Ко, - «т.е. мы смогли уменьшить потери энергии практически вдвое и значительно облегчить использование протеза у людей с ампутацией стопы».

Профессор Ко пояснил, чем их разработка отличается от обычных протезов более легкой и комфортной эксплуатацией, а от современных биомеханических протезов - отсутствием внешнего источника питания и отсутствием каких-либо силовых приводов. Т.е. фактически используется энергия, которая прилагается для ходьбы и раньше она тратилась неэффективно, а теперь позволяет облегчить один из элементов движения в цикле ходьбы.

В настоящее время новый протез проходит клинические испытания в медицинском центре Сиэтла по делам ветеранов, в которых участвуют люди, перенесшие ампутацию.

Серийное производство новых протезов и их продвижением на рынке будет заниматься компания из Анн Арбора, штат Мичиган.

Это исследование финансировалось Национальным институтом здравоохранения и Департаментом по делам ветеранов.

Адаптировано ScienseDaily из материалов, предоставленных Университетом Мичигана.

Материал предоставлен сайтом dislife.ru