Амос Винтер стремится развивать пассивное, не использующее высокие технологии протезное колено, которое выступает почти, а также протезирование высокого уровня в доле расходов.«Мы следуем за этой подрывной возможностью», говорят Зима, доцент машиностроения в MIT. «Если мы можем сделать колено, которое поставляет подобную работу колену за 50 000$ за несколько сотен долларов, это – переломный момент».Теперь Зима и его коллеги сделали значительный шаг к той цели. В работе, опубликованной в Сделках IEEE на Нервных Системах и Разработке Реабилитации, команда сообщает, что она вычислила идеальный крутящий момент, который протезное колено должно произвести, учитывая массу сегментов ноги, чтобы вызвать здоровую кинематику или нормальную ходьбу.
Используя результаты газеты, группа построила прототип протезного колена, которое производит профиль крутящего момента, подобный тому из здоровых коленей, используя только простые механические элементы как пружины и увлажнители. Команда проверяет прототип в Индии, где приблизительно 230 000 инвалидов выше колена в настоящее время живут.
«В местах как Индия есть все еще клеймо, связанное с этой нетрудоспособностью», говорит Винтер. «Они могут быть менее вероятны получить работу или жениться. Люди хотят быть инкогнито, если они могут».
Среди соавторов газеты аспирант Мурти Арлекатти и Яшрэдж Наранг, студент доктора философии в Гарвардском университете.Настройка крутящего моментаБольшинство инвалидов в развивающихся странах носит пассивные протезы – простые, дешевые проекты без подвижных частей. «Когда Вы видите, что люди идут в них, у них есть довольно отличительная хромота», говорит Винтер.
Частично, поэтому пассивные протезы не регулируют сумму крутящего момента, проявленного, когда человек идет. Например, в нормальной ходьбе, колено сгибает немного, непосредственно перед тем, как нога отодвигает землю – изменение в крутящем моменте, который сохраняет центр человека массы устойчивым.
Напротив, жесткое, непреклонное протезное колено заставило бы человека подпрыгивать с каждым шагом.Зима рассуждала, что, чтобы произвести пассивное протезное колено, которое подражает нормальной ходьбе, он должен был бы также подражать изменяющимся силам или профилю крутящего момента, во время нормальной ходьбы. Он и его команда просмотрели научную литературу для данных по нормальной ходьбе и нашли полный набор данных, который представлял походку одного человека, включая угол их суставов, вес каждого сегмента ноги и наземную силу реакции – силы между землей и ногой – во время единственного шага или цикла походки.Исследователи использовали измерения, чтобы вычислить профиль крутящего момента – сумма крутящего момента, произведенного коленом во время нормальной ходьбы.
Поскольку протезы обычно – одна треть к половине столь же тяжелого как человеческие ноги и ступни, исследователи приспособили профиль крутящего момента, чтобы относиться к более легким сегментам ноги.«Если бы Вы применили здоровые уровни крутящего момента к намного более легкой конечности, Ваша кинематика получила бы все ввернутые», говорит Винтер. «Автоматизированные конечности разработаны, чтобы набрать тот крутящий момент назад. Наш вызов был, как Вы настраиваете профиль крутящего момента, чтобы получить здоровое движение с пассивным протезным коленом?»Исследователи тогда смотрели на то, могли ли бы они построить протезное колено, чтобы копировать приспособленный профиль крутящего момента, используя простые механические элементы.
В настоящее время группа спроектировала простой прототип, который включает весну и два увлажнителя тот акт как тормозные колодки. Весна позволяет колену сгибаться непосредственно перед тем, как нога отодвигает землю.
В то же время первый увлажнитель нанимается, чтобы препятствовать тому, чтобы нога качалась назад. Второй увлажнитель нанимается как колебание ноги вперед, чтобы замедлить его непосредственно перед тем, как пятка ударяет землю.Команда зимы теперь проверяет дизайн с волонтерами в Индии.
«Это было быстрым и грязным прототипом, но до сих пор, мы видим хорошие индикаторы естественной походки», говорит Винтер. «Я не готов утверждать, что победа все же, но [данная статья] излагает дорожную карту, которая очень отличается, чем, что было сделано прежде, который позволит нам достигнуть очень высокой эффективности по низкой цене. И это – то, за чем мы следуем».