Gli attuatori pneumatici possono controllare l’adattamento degli alveoli protesici, riducendo il dolore e le ulcerazioni cutanee
Ogni 30 secondi, una gamba viene amputata da qualche parte nel mondo a causa del diabete. Questi pazienti spesso soffrono di neuropatia, una perdita di sensibilità agli arti inferiori, e quindi non sono in grado di rilevare il danno derivante da una protesi inadatta, che porta all’amputazione di un arto.
In Biomicrofluidics, di AIP Publishing, gli scienziati canadesi rivelano il loro sviluppo di un nuovo tipo di protesi utilizzando la robotica morbida abilitata alla microfluidica che promette di ridurre notevolmente le ulcere cutanee e il dolore nei pazienti che hanno subito un’amputazione tra la caviglia e il ginocchio.
Più dell’80% delle amputazioni degli arti inferiori nel mondo sono il risultato di ulcere del piede diabetico ed è noto che l’arto inferiore si gonfia in momenti imprevedibili, con conseguenti variazioni di volume del 10% o più.
Tipicamente, la protesi utilizzata dopo l’amputazione include fodere in tessuto e silicone che possono essere aggiunte o rimosse per migliorare la vestibilità. L’amputato deve cambiare manualmente le fodere, ma la neuropatia che porta a una scarsa sensibilità lo rende difficile e può portare a più danni all’arto rimanente.
Rendering di proof-of-concept (a sinistra) e foto (a destra) del prototipo della nuova protesi robotica morbida abilitata alla microfluidica per amputati degli arti inferiori.
CREDITO: Laboratorio di microfluidica Waterloo presso l’Università di Waterloo
“Invece di creare un nuovo tipo di presa protesica, il tipico rivestimento dell’arto in silicone/tessuto viene sostituito con un singolo strato di rivestimento con attuatori fluidici morbidi integrati come strato di interfaccia”, ha affermato l’autrice Carolyn Ren, dell’Università di Waterloo. “Questi attuatori sono progettati per essere gonfiati a pressioni variabili in base all’anatomia dell’arto residuo per ridurre il dolore e prevenire le ulcere da pressione”.
Gli scienziati hanno iniziato con un dispositivo sviluppato di recente che utilizza attuatori pneumatici per regolare la pressione dell’invasatura protesica. Questo dispositivo iniziale era piuttosto pesante, limitandone l’uso in situazioni del mondo reale.
Per affrontare questo problema, il gruppo ha sviluppato un modo per miniaturizzare gli attuatori. Hanno progettato un chip microfluidico con 10 valvole pneumatiche integrate per controllare ogni attuatore. L’intero sistema è controllato da una pompa dell’aria in miniatura e due elettrovalvole che forniscono aria al chip microfluidico. La scatola di controllo è abbastanza piccola e leggera da poter essere indossata come parte della protesi.
Il personale medico con una vasta esperienza in dispositivi protesici faceva parte del team e ha fornito una mappa dettagliata delle pressioni desiderate per l’invasatura protesica. Il gruppo ha effettuato misurazioni approfondite della pressione di contatto fornita da ciascun attuatore e le ha confrontate con la pressione desiderata per una protesi funzionante.
È stato riscontrato che tutti e 10 gli attuatori producono pressioni nell’intervallo desiderato, suggerendo che il nuovo dispositivo funzionerà bene sul campo. La ricerca futura testerà l’approccio su un modello biologico più accurato.
Il gruppo prevede ulteriori ricerche per integrare i sensori di pressione direttamente nel rivestimento protesico, magari utilizzando un tessuto morbido lavorato a maglia di nuova disponibilità che incorpora materiale sensibile alla pressione.