MIT’s Global Engineering and Research Lab – GEAR Lab – con sede presso il dipartimento di ingegneria meccanica del Massachusetts Institute of Technology, è da anni leader sulla focalizzazione del matrimonio tra teoria meccanica e design di progettazione a beneficio dell’utente, con la finalità di creare soluzioni tecnologiche semplici ed eleganti per l’uso in ambienti altamente “vincolati”. Le innovazioni del GEAR Lab mirano a donare un impatto positivo sul mondo e perseguire il romanzo tra conoscenza scientifica/tecnica. Il professor Amos Winter, direttore di questo colosso e passato alla storia come principale inventore della LFC, Freedom Chair Leveraged – una carrozzina fuoristrada ideata col nobile scopo di generare sensibilità e continuare la guerra per l’abolizione delle barriere architettoniche a beneficio di persone con disabilità affinchè possano muoversi liberamente fuori casa – è da sempre interessato a favorire settori di ricerca che si concentrano sui mercati emergenti dei paesi in via di sviluppo.
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Ultimo lavoro del GEAR Lab, ad altissimo impatto sociale, risiede nella realizzazione di ATKnee – All Terrain Knee – un ginocchio protesico dalle alte prestazioni e totalmente low cost che utilizza elementi meccanici passivi – molle ed ammortizzatori – ed imita la normale andatura del ginocchio e del piede durante passeggio e camminata. ATKnee è stato progettato per soddisfare le esigenze di mobilità e di stabilità degli amputati sopra il ginocchio ed offrire prestazioni migliori alle articolazioni bloccate ed oscillanti. Il progetto include un’indagine fondamentale sulla biomeccanica delle protesi in commercio per amputati trans-tibiali e pone attenzione ad una fondamentale intuizione che verte su come i cambiamenti di massa nella parte inferiore della gamba e del piede influenzino il ginocchio nella produzione di energia, sulla giusta angolazione dell’articolazione e sulla forza di reazione al contatto con il suolo utile in tutto il naturale “ciclo del passo”.
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Seguendo questa intuizione si è arrivati ad ottimizzare il numero di elementi meccanici passivi al fine di creare la coppia perfetta che induca il ginocchio a riprodurre una normale andatura. I risultati sono resi noti in un articolo all’IEEE, Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering.
L’obiettivo è quello di fornire il medesimo livello di prestazioni presenti nelle protesi di fascia alta, per il ginocchio con controllo attivo, ad una frazione del costo. Basti pensare che oggi le protesi più avanzate incorporano microprocessori , giroscopi, accelerometri di bordo e sono qualche volta dotate di sistema idraulico per consentire alla persona di camminare con un’andatura normale: tale top-of-the-line può arrivare a costare più di 50.000 dollari. Risulta oltremodo evidente l’importanza del lavoro svolto al GEAR Lab nella realizzazione di ATKnee. L’attuale prototipo per ATKnee sta passando la fase di test in India, dove attualmente vivono circa 230.000 amputati inferiormente al di sopra del ginocchio.
Infatti, la maggior parte degli amputati nei paesi in via di sviluppo indossano protesi passive a buon mercato, dal design semplice e senza parti in movimento.
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In luoghi come l’India, c’è ancora un forte stigma associato a questo tipo d’inabilità” – afferma Amos Winter – “Persone affette da tale disabilità hanno minori probabilità di ottenere un lavoro o sposarsi.
“Quando si vede camminare queste persone si evince da subito un’andatura piuttosto distintiva data da una protesi non completamente congeniale”, spiega Winter.
Questo è dovuto in parte alla mancata ottimizzazione nella costruzione degli elementi necessari ad una perfetta deambulazione.
Ad esempio, nel “naturale ciclo di passo” il ginocchio flette leggermente, appena prima che il piede spinga sul suolo, cosa che non avviene nelle protesi “rudimentali”.
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L’attuale prototipo per ATKnee è estremamente semplice e comprende una molla e due ammortizzatori che fungono da pastiglie dei freni. La molla permette il ginocchio di piegarsi appena prima che il piede eserciti pressione sul suolo e contemporaneamente il primo ammortizzatore si attiva ed impedisce alla gamba l’oscillazione, mentre il secondo ammortizzatore rallenta la gamba poco prima che il tallone tocchi a terra.
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In definitiva, la sfida per ingegneri e design, nella realizzazione di questo genere di protesi, risiede proprio nella necessità di adattare al massimo l’arto artificiale con il naturale e precedente ciclo di movimento dell’utente. ATKnee nasce proprio con il preciso scopo di garantire tale “personalizzazione”, ciò ottiene ancora più rilievo ed importanza se ricordiamo lo scopo umanitario a cui è destinato il ginocchio protesico low cost del MIT.
