Construyendo una mejor marcha

Prototipo de pie protésico de nylon de una sola pieza y de bajo costo. Cortesía de los investigadores

Las prótesis avanzadas ofrecen a los amputados una amplia gama de opciones biónicas. Pero pueden costar decenas de miles de dólares, haciéndolos inalcanzables para muchos.

Ahora, los ingenieros del MIT han desarrollado un pie artificial simple, de bajo costo y personalizable que, aunque no tiene componentes electrónicos ni partes móviles, permite una forma de andar similar a la de una persona sin discapacidad. Los investigadores estiman que la prótesis, si se fabrica a gran escala, podría costar un orden de magnitud menos que los productos existentes.

En 2012, poco después de que Amos Winter, SM '05, PhD '11, se uniera a la facultad de ingeniería mecánica, el fabricante de extremidades artificiales Jaipur Foot se puso en contacto con él, que dona miles de sus pies protésicos a usuarios en la India y en otros lugares cada año. Han estado fabricando este pie durante más de 40 años y es resistente, por lo que los agricultores pueden usarlo descalzo al aire libre y es relativamente realista, dice Winter. Pero es bastante pesado y la estructura interna está hecha completamente a mano, lo que crea una gran variación en la calidad del producto. Jaipur Foot le pidió a Winter que diseñara un pie mejor y más liviano que pudiera producirse en masa a bajo costo.

Al repensar el diseño típico del pie, el equipo de Winter, dirigido por Kathryn Olesnavage '12, SM '14, PhD '18, se dio cuenta de que las personas amputadas que han perdido una extremidad por debajo de la rodilla no pueden sentir lo que hace un pie protésico. Para un usuario, el pie es como una caja negra, dice Winter. No está conectado a su sistema nervioso y no interactúan íntimamente con el pie.

Entonces, en lugar de tratar de replicar los movimientos de un pie sin discapacidad, se enfocaron en los movimientos de la parte inferior de la pierna.

Después de desarrollar un modelo matemático que describía la rigidez, el posible movimiento y la forma de la prótesis, incorporaron datos sobre las fuerzas de reacción del suelo recopiladas de caminantes sin discapacidad, que pudieron resumir para predecir cómo se movería la parte inferior de la pierna de un usuario en un solo paso. Luego ajustaron la rigidez y la geometría del pie simulado para producir una trayectoria en la parte inferior de la pierna similar al movimiento de una persona sin discapacidad.

Para identificar una forma de pie ideal, el grupo simuló una variedad de pies, eliminando las formas que no producían algo cercano a una forma de andar sin discapacidad en el modelo. Luego, mezclaron y combinaron características de las formas restantes para llegar a una que produjera la trayectoria más natural de la parte inferior de la pierna. El resultado se parece a la vista lateral de un tobogán.

Olesnavage y Winter pensaron que si variaban la rigidez y la forma de acuerdo con el peso y el tamaño del cuerpo de una persona, la prótesis también generaría movimientos en las piernas similares a los de una persona sin discapacidad al caminar. Para probar esta idea, diseñaron varios pies para voluntarios en la India utilizando nailon mecanizado, un material elegido por su capacidad de almacenamiento de energía.

Lo bueno es que esto no se comporta como un pie sin discapacidad: no hay tobillo ni articulación metatarsiana, dice Winter. Es solo una gran estructura, y lo único que nos importa es cómo se mueve la parte inferior de la pierna en el espacio. La mayoría de las pruebas se realizaron en interiores, pero un tipo corrió afuera, le gustó mucho. Pone un resorte en su paso.

El fabricante italiano de botas de senderismo Vibram está diseñando una cubierta realista para la prótesis que también le dará tracción en superficies embarradas o resbaladizas. Los investigadores planean probar las prótesis y los revestimientos en voluntarios en la India el próximo verano.

Este modelo es potencialmente un cambio de juego para la industria, dice Winter, porque podemos cuantificar completamente el pie y ajustarlo para las personas, y usar materiales más baratos.

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