Протез стопы. Достоверная имитация бионической конечности

Буквально на днях публиковал материал о прогрессе в сфере бионических конечностей. Лаборатория Хью Герра добилась прогресса в том, чтобы искусственная конечность ощущалась как родная. Однако вторая сложность с протезами в том, что они плохо адаптируются к неровной поверхности. Пришел час сокрушить статус кво.

В обычной жизни обе ноги вполне естественно приспосабливаются к неровным поверхностям. Наши стопы сгибаются и подталкивают тело, пружиня каждый шаг.  Проблема в том, что большинство людей с протезами ног лишены этого. Над восстановлением способности и работают ребята, создавшие протез стопы SoftFoot Pro. 

Инновационный протез стопы

Созданный Мануэлем Г. Каталано и коллегами Итальянского технологического института прототип работает без электропитания, весит всего 450 г. и способен выдерживать нагрузку до 100 кг.

Как вы видите на фотографии, SoftFoot Pro построен на базе пяти параллельных цепей, с использованием высокопрочных пластиковых сегментов. Передние сегменты каждой цепи имитируют фаланги, а сегменты за ними имитируют плюсневые кости, которые у людей идут от основания каждого пальца ноги к пятке.

Для соединения сегментов каждой цепи используются эластичные компоненты. По всей длине каждой цепи проходит внутренний стальной трос, прикрепленный к титановой пятке.

Над пятью цепями находится титановый арочный механизм. Один его конец соединен с основанием фаланг, а другой — с пяткой. Обе точки соединения позволяют фалангам и пятке поворачиваться относительно общей конструкции. Эта установка выполняет ту же функцию, что и подошвенная фасция человеческой стопы, которая представляет собой полосу ткани, соединяющую пяточную кость с основанием пальцев.

Протез стопы и проблема распределения энергии

Подобно подошвенной фасции протез стопы SoftFoot Pro позволяет накапливать энергию путем сгибания стопы в конце каждого шага, а затем высвобождать эту энергию, когда стопа отрывается от земли, чтобы сделать следующий шаг. Когда протез опускается на землю , его гибкая конструкция позволяет поглощать от 10% до 50% энергии удара.

SoftFoot Pro дополнительно позволяет пальцам ног сгибаться относительно остальной части стопы при подъеме по склонам, удерживая пользователя в вертикальном положении, а также он приспосабливается к неровной поверхности, не давая пользователю оступиться. Устройство также облегчает выполнение таких действий, как вставание на колени или приседание, а также, поскольку оно не боится воды, его можно использовать в различных видах деятельности на открытом воздухе. Это выгодно отличает конструкцию от беспроводных протезов управляемых мозгом.

Добровольцы-ампутанты уже протестировали протез стопы SoftFoot Pro в рамках клинических испытаний, проведенных в Ганноверской медицинской школе и Венском медицинском университете. Протез также тестируется в рамках использования на четвероногих роботах типа Boston Dynamics, и человекоподобных роботах.

Больше материалов на грани между наукой и ближайшим будущим – вы найдете в нашем сообществе. Заглядывайте, если подобный контент вам интересен.