Pie artificial recicla energía para caminar más fácilmente

Un pie artificial que reduce significativamente la energía gastada por paso facilita que los amputados puedan caminar, en comparación con los pies protésicos convencionales.

Investigadores de la Universidad de Michigan (Ann Arbor, EUA) y la Universidad de Tecnología de Delft (Holanda) desarrollaron un pie artificial controlado por microprocesador que capta algo de la energía disipada normalmente por la pierna y la "recicla” como trabajo positivo del tobillo. Este reciclaje reduce el gasto de energía metabólica aumentada causada por usar una prótesis convencional de 23%, a solo 14%.

El dispositivo, de prueba de concepto, se aproxima al tamaño y la forma de un pie protésico convencional, pero tiene componentes de la parte trasera y delantera que giran cerca a un eje medio lateral en la mitad del pie. Cuando el talón contacta el suelo al principio de un paso, el componente trasero del pie rota y comprime un resorte. A la compresión máxima, el pie trasero está trabado por un embrague de manera continua. Pero en vez de liberar la energía espontáneamente como en las prótesis elásticas convencionales, el dispositivo la almacena hasta que se detecta suficiente carga en la parte delantera del pie, luego libera la parte delantera del pie, y el resorte proporciona empuje a medida que la persona empieza a descargar el final de la pierna, con un tiempo similar al empuje del tobillo normal. Un resorte pequeño de retorno restablece el dispositivo durante la fase de oscilación subsiguiente, de modo que la parte trasera del pie está en posición para el siguiente paso. Toda la captura de energía es realizada pasivamente, de modo que los únicos elementos activos son un microcontrolador y dos micromotores que liberan la energía-almacenando el resorte y restableciendo el mecanismo, ambos alimentados por una batería pequeña aproximadamente de 0,8 W de electricidad. El estudio presentando la prótesis recicladora de energía fue publicado en la edición de Febrero de 2010 de la revista PLoS ONE.

"Para los amputados, lo que experimentan cuando tratan de caminar normalmente es lo que yo experimentaría si estuviera cargando 30 libras extras”, dijo el codesarrollador Art Kuo, Ph.D., un profesor en los departamentos de ingeniería biomédica e ingeniería mecánica de la Universidad de Michigan. "Todos los pies protésicos almacenan y devuelven energía, pero no le dan una elección acerca de cuándo y cómo. Este es el primer dispositivo en liberar la energía de la manera correcta para complementar el empuje de despegue y hacer eso sin una fuente de energía externa”.

Los seres humanos disipan normalmente energía significativa mientras caminan, en gran medida en las transiciones entre pasos. El tobillo luego actúa para restablecer la energía durante el empuje, lo cual puede ser la razón de que el deterioro del tobillo casi siempre lleve al deterioro de la marcha. El reemplazo de la energía perdida es necesario para la marcha constante, en la cual la energía mecánica es constante (en promedio) y la disipación externa de energía es insignificante resultando en ninguna realizada durante un paso. Los daños del tobillo después de la amputación, fusión articular, o apoplejía típicamente reducen el trabajo del tobillo y aumentan el gasto de energía metabólica en al menos el 20%.


Enlaces relacionados:
University of Michigan
Delft University of Technology