Le protesi robotiche morbide a base microfluidica promettono sollievo per gli amputati / Microfluidic-based soft robotic prosthetics promise relief for amputees
Le protesi robotiche morbide a base microfluidica promettono sollievo per gli amputati / Microfluidic-based soft robotic prosthetics promise relief for amputees
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Scienziati canadesi hanno sviluppato una protesi utilizzando la robotica morbida abilitata alla microfluidica per ridurre le ulcere cutanee ed il dolore nei pazienti che hanno subito un'amputazione sotto il ginocchio.
Oltre l'80% delle amputazioni degli arti inferiori a livello globale sono il risultato di ulcere del piede diabetico e l'arto inferiore può gonfiarsi in momenti imprevedibili, determinando variazioni di volume del 10% o più.
La protesi utilizzata dopo l'amputazione include tipicamente rivestimenti in tessuto e silicone che possono essere aggiunti o rimossi per migliorare la vestibilità. L'amputato deve cambiare manualmente le fodere, ma la neuropatia che porta ad una scarsa sensibilità lo rende difficile e può portare a più danni all'arto rimanente.
"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".
Secondo Waterloo, gli scienziati hanno iniziato con un dispositivo sviluppato di recente che utilizzava attuatori pneumatici per regolare la pressione dell'invasatura protesica, ma questo dispositivo iniziale era piuttosto pesante, limitandone l'uso nelle 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. Si dice che l'intero sistema sia 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, ha affermato il gruppo.
Il personale medico con una vasta esperienza in dispositivi protesici faceva parte del gruppo e ha fornito una mappa dettagliata delle pressioni desiderate per l'invasatura protesica. Il gruppo ha effettuato misurazioni 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. 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.
ENGLISH
Canadian scientists have developed a prosthetic using microfluidics-enabled soft robotics to reduce skin ulcerations and pain in patients who have had a below knee amputation.
Over 80 per cent of lower-limb amputations globally are the result of diabetic foot ulcers, and the lower limb can swell at unpredictable times, resulting in volume changes of 10 per cent or more.
The prosthesis used after amputation typically includes fabric and silicone liners that can be added or removed to improve fit. The amputee needs to manually change the liners, but neuropathy leading to poor sensation makes this difficult and can lead to more damage to the remaining limb.
"Rather than creating a new type of prosthetic socket, the typical silicon/fabric limb liner is replaced with a single layer of liner with integrated soft fluidic actuators as an interfacing layer," said author Carolyn Ren, from the University of Waterloo. "These actuators are designed to be inflated to varying pressures based on the anatomy of the residual limb to reduce pain and prevent pressure ulcerations."
According to Waterloo, the scientists started with a recently developed device using pneumatic actuators to adjust the pressure of the prosthetic socket, but this initial device was quite heavy, limiting its use in real-world situations.
To address this, the group developed a way to miniaturise the actuators. They designed a microfluidic chip with 10 integrated pneumatic valves to control each actuator. The full system is said to be controlled by a miniature air pump and two solenoid valves that provide air to the microfluidic chip. The control box is small and light enough to be worn as part of the prosthesis, the team said.
Medical personnel with extensive experience in prosthetic devices were part of the team and provided a detailed map of desired pressures for the prosthetic socket. The group carried out measurements of the contact pressure provided by each actuator and compared these to the desired pressure for a working prosthesis.
All 10 actuators were found to produce pressures in the desired range, suggesting the new device will work well. Future research will test the approach on a more accurate biological model.
The group plans additional research to integrate pressure sensors directly into the prosthetic liner, perhaps using newly available knitted soft fabric that incorporates pressure sensing material.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/content/news/microfluidic-based-soft-robotic-prosthetics-promise-relief-for-amputees
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