Construire une meilleure démarche

Un prototype de pied prothétique monobloc à faible coût en nylon. Avec l'aimable autorisation des chercheurs

Les prothèses avancées offrent aux amputés un large éventail d'options bioniques. Mais ils peuvent coûter des dizaines de milliers de dollars, ce qui les rend inaccessibles pour beaucoup.

Aujourd'hui, les ingénieurs du MIT ont mis au point un pied artificiel simple, peu coûteux et personnalisable qui, bien qu'il ne comporte ni électronique ni pièces mobiles, offre une démarche similaire à celle d'une personne valide. Les chercheurs estiment que la prothèse, si elle est fabriquée à grande échelle, pourrait coûter un ordre de grandeur inférieur aux produits existants.

En 2012, peu de temps après qu'Amos Winter, SM '05, PhD '11, ait rejoint la faculté de génie mécanique, il a été approché par le fabricant de membres artificiels Jaipur Foot, qui fait don chaque année de milliers de ses pieds prothétiques à des utilisateurs en Inde et ailleurs. Ils fabriquent ce pied depuis plus de 40 ans, et il est robuste, donc les agriculteurs peuvent l'utiliser pieds nus à l'extérieur, et il est relativement réaliste, dit Winter. Mais c'est assez lourd, et la structure interne est entièrement faite à la main, ce qui crée une grande variation dans la qualité du produit. Jaipur Foot a demandé à Winter de concevoir un meilleur pied plus léger qui pourrait être produit en série à faible coût.

En repensant la conception typique du pied, l'équipe de Winter, dirigée par Kathryn Olesnavage '12, SM '14, PhD '18, s'est rendu compte que les amputés qui ont perdu un membre sous le genou ne peuvent pas sentir ce que fait un pied prothétique. Pour un utilisateur, le pied est un peu comme une boîte noire, dit Winter. Ce n'est pas connecté à leur système nerveux et ils n'interagissent pas intimement avec le pied.

Ainsi, au lieu d'essayer de reproduire les mouvements d'un pied valide, ils se sont concentrés sur les mouvements de la jambe inférieure.

Après avoir développé un modèle mathématique décrivant la rigidité, le mouvement possible et la forme de la prothèse, ils ont intégré des données sur les forces de réaction au sol recueillies auprès de marcheurs valides, qu'ils pourraient résumer pour prédire comment la jambe inférieure d'un utilisateur se déplacerait en une seule étape. Ensuite, ils ont ajusté la rigidité et la géométrie du pied simulé pour produire une trajectoire de la jambe inférieure similaire au mouvement des personnes valides.

Pour identifier une forme de pied idéale, le groupe a simulé une variété de pieds, éliminant les formes qui ne produisaient pas quelque chose de proche d'une démarche valide dans le modèle. Ensuite, ils ont mélangé et assorti les caractéristiques des formes restantes pour arriver à celle qui produisait la trajectoire la plus naturelle du bas de la jambe. Le résultat ressemble à la vue latérale d'un toboggan.

Olesnavage et Winter ont estimé que s'ils variaient la rigidité et la forme en fonction du poids et de la taille d'une personne, la prothèse générerait également des mouvements de jambe similaires à la marche d'un homme valide. Pour tester cette idée, ils ont façonné plusieurs pieds pour des volontaires en Inde en utilisant du nylon usiné, un matériau choisi pour sa capacité de stockage d'énergie.

Ce qui est cool, c'est que cela ne se comporte en rien comme un pied valide - il n'y a pas de cheville ou d'articulation métatarsienne, dit Winter. C'est juste une grande structure, et tout ce qui nous intéresse, c'est comment la jambe inférieure se déplace dans l'espace. La plupart des tests ont été effectués à l'intérieur, mais un gars a couru dehors, il a tellement aimé ça. Cela met un ressort dans votre démarche.

Le fabricant italien de chaussures de randonnée Vibram conçoit un revêtement réaliste pour la prothèse qui lui donnera également une traction sur les surfaces boueuses ou glissantes. Les chercheurs prévoient de tester les prothèses et revêtements sur des volontaires en Inde l'été prochain.

Ce modèle est potentiellement révolutionnaire pour l'industrie, dit Winter, car nous pouvons entièrement quantifier le pied et le régler pour les individus, et utiliser des matériaux moins chers.

cacher