Studentka AGH stworzyła protezę, która skręca się na boki

Agata Skalska, studentka Inżynierii Mechatronicznej na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki, opracowała nowatorski projekt protezy kończyny dolnej. Jej rozwiązanie wyróżnia się możliwością skręcania protezą na boki - dzięki czemu użytkownik będzie mógł bezpieczniej poruszać się po nierównym podłożu.

Połączenie sportu i inżynierii

Pomysł na tak konstruktywne rozwiązanie zrodził się kilka lat temu. Skalska połączyła dwie swoje pasje - sport i inżynierię - aby stworzyć protezę przeznaczoną szczególnie dla pacjentów, u których amputacja nastąpiła powyżej kolana.

"Moja proteza powstała z myślą o pacjentach, u których amputacja nastąpiła powyżej kolana i skupia się na samym stawie skokowym. Większość komercyjnie dostępnych rozwiązań ma nieruchomy ten staw, co znacząco utrudnia codzienne funkcjonowanie i poruszanie się. W mojej protezie w module stawu skokowego jest ruchomość w płaszczyźnie czołowej, czyli na boki" - Agata Skalska

Standardowo, gdy człowiek nastapi na nierówne podłoże - na kamień - skręca kostkę, przekładając ją do boku. To naturalne działanie zapewnia odpowiednią stabilizację. Skalska chciała sprawdzić, czy jej rozwiązanie umożliwiłoby utrzymanie równowagi w analogiczny sposób.

Inspiracja międzynarodowymi zawodami

Pomysł na konstrukcję był wzmacniany obserwacją międzynarodowych zawodów "Cybathlon", podczas których oceniana jest zwinność, równowaga i szybkość osób z niepełnosprawnością używających różnych prototypów. Jedna z konkurencji o nazwie "Wobbly steps" polega na przejściu zawodnika po kołyszących się dyskach - to bezpośredni test stabilności chodzenia po ruchomym podłożu.

Od projektu do gotowego prototypu

Prace nad protezą przebiegały w kilku etapach. Najpierw Skalska dokonała przeglądu atlasów anatomicznych. Następnie powstał wstępny projekt, przeprowadzono analizę wytrzymałościową oraz dokonano doboru odpowiednich materiałów. Część obliczeniowa okazała się największym wyzwaniem dla inżynierki.

Gotowa proteza składa się z czterech elementów:

• Podeszwa - wykonana z włókna węglowego, które jest sztywne, lekkie i wytrzymałe
• Wierzchnia część stopy - powstała z bardziej giętkiego włókna szklanego
• Moduł pięty - stworzony z TPU, materiału przypominającego elastyczną gumę (powraca do pierwotnej postaci po wygięciu)
• Adapter - łączący elementy w całość

Ciekawą cechą konstrukcji jest przecięcie wzdłuż długości stopy górnej części protezy. Takie rozwiązanie umożliwia niezależną ruchomość poszczególnych elementów i jeszcze lepsze dostosowanie do podłoża.

Testowanie i perspektywy na przyszłość

Proces produkcji obejmował wykonanie formy do elementów kompozytowych, następnie laminowanie próżniowe z żywicą epoksydową. Pięta została wydrukowana na drukarce 3D. Gotowy prototyp przeszedł testy obciążeniowe zarówno na poziomie 50 kg, jak i 100 kg, spełniając wszystkie założenia projektantki.

Na podstawie projektu Agata Skalska napisała swoją pracę inżynierską. Promotorem rozprawy był prof. Krzysztof Mendrok. W przyszłości możliwe byłoby przetestowanie różnych wariantów protezy - każdy model powinien być wykonany w zależności od potrzeb konkretnej osoby, w tym jej wagi.

Obecnie Skalska studiuje Druk 3D Materiałów Metalicznych na Wydziale Inżynierii Metali i Informatyki Przemysłowej, jednocześnie kontynuując studia magisterskie na Wydziale Inżynierii Mechanicznej i Robotyki.