Le tecnologie (e le scienze) delle Gambe artificiali

Le scienze che studiano nel dettaglio le protesi sono sia l'ingegneria biomedica sia l'ortopedia. Negli ultimi tempi si è assistito in oltre alla comparsa di nuove figure in questo campo: alcuni progettisti e designer hanno aperto nuove strade all'interno del mondo delle protesi.
In campo tecnologico si stanno seguendo due vie principali: la robotica e la ricerca di nuovi materiali/tecnologie.

La robotica.





















Una ricerca di Michael Windrich, Martin Grimmer, Oliver Christ, Stephan Rinderknecht e Philipp Beckerle per conto del sito https://www.biomedcentral.com/ ha evidenziato l'esistenza di un totale di 21 diverse protesi attive, tra cui 8 da sopra al ginocchi, 9 sotto al ginocchio e 4 per l'intera gamba.
Le protesi attive soo collegate attraverso speciali recettori direttamente ai nervi dei pazienti e sono perciò controllabile quasi come fossero arti nativi dell'uomo. Ovviamente ci sono molti fattori che vanno ad incidere ull'utilizzo e la diffusione di queste protesi; primo tra tutti è il costo estremamente alto per via delle componenti high-tech che devono essere utilizzate. Per quanto riguarda la meccanica la realizzazione di pezzi con la capacità di generare forze di torsione elevate ad alta efficenza ma di dimensioni e peso estremamente ridotte è assai problematica. In ultimo le protesi automatiche hanno necessità di essere costantemente alimentate da batterie elettriche con tutte le problematiche che ne derivano.


Nuovi materiali/tecnologie
La diffusione sempre maggiore di nuove tecnologie come la stampa 3D sta permettendo la nascita di proposte inovative che possono abbassare drasticamente il costo, a volte pribitivo, delle protesi.
Il designer William Root ad esempio progetta e stampa gambe artificiali utilizzando scanner e stampanti 3D.
Per prima cosa scansiona se possibile l'arto del paziente prima dell'amputazione, dopo di che crea un modello virtuale del moncone su cui andrà a posizionarsi la protesi ed infine stampa a bassissimo costo la protesi che sarà perfettamente aderente al paziente.

Abbecedario illustrato per le gambe artificiali (ATTENZIONE IMMAGINI FORTI)

Arto

bullone

caviglia

deambulare

estensione

fodera

ginocchio

igiene

libertà

mobilità

nervi

ossa

protesi

quadricipite

resistenza

struttura

traliccio

utilità

velcro

zinco

I brevetti delle Gambe artificiali

brevetto 18021 J.Potts

Fino al 1840 non v'è traccia di brevetti che vadano a normare l'utilizzo dei modelli di protesi per gli arti inferiori. In quell'anno William Selpho, apprendista del produttore di protesi inglese James Potts, brevettò negli Stati Uniti alcuni suoi dispositivi potesici ottenendo la U.S. Patent No. 18021 intitolato "mano artificiale" in cui la mano è assicurata alla spalla opposta e può essere articolata grazie a dei tendini gobernati tramite la spalla.


La guerra di seccessione negli Stati Uniti del 1865 diede uno scossone al mondo delle protesi. Cominciò ad essere sempre più utilizzata la gomma per formare le protesi con benefici di varia natura.
Lo spaventoso quantitativo di feriti causati dalla guerra portò di conseguenza a nuovi brevetti per protesi sempre più funzionali.

brevetto 951389 J.E.Hanger

James Edward Hanger, un soldato confederato che perse una gamba per via di una cannonata progettò e brevetto con la licenza  U.S. Patent No. 951989, intitolata "arto artificiale" per un piede montato su sospensioni idrauliche.







Ad ogni ogni singolo modello di protesi è coperto da un differente brevetto, così come ogni tipo di giuntura, snodo o applicazione ingegneristica innovativa.
Esistono però anche licenze open source che permettono a molti di ottenere protesi a prezzi decisamente ridotti rispetto al costo di una protesi industriale.
Tutti questi "brevetti" open source vengono raccolti su questo portale.

I modelli (reali, virtuali, culturali, sociali, fantastici) delle gambe artificiali

Esistono infiniti modelli di protesi per gli arti inferiori, da quelli già esplorati nei post precedenti ai modelli immaginifici sparsi nel web. Ecco una breve descrizione di alcuni di essi.

Modello Reale 
Protesi realmente esistente, in questo caso si tratta di una protesi che parte da sopra il ginocchio e si articoladue volte in ginocchio e caviglia. Permette una buona mobilità grazie anche a materialicome la fibra di carbonio. Non è per tutte le tasche.

Modello Virtuale
Le protesi virtuali sono molto spesso dei modelli virtuali in 3D che permettono di prototipare la protesi con un minimo dispendio di energia e, nel caso delle protesi attive, permettono di simularne anche il movimento autonomo.







Modello culturale
Probabilmente per via delle fiabe e dei racconti dll'infanzia, è rimasta come eredità culturale il concetto della "gamba di legno" a cui tutti pensano non appena si parla di protesi per gli arti inferiori.







Modello sociale
A livello sociale accade un fatto particolare: a seconda della visibilità o meno della protesi si ha la tendenza a classificare il portatore come "normale" o "disabile". Questa mancanza di consuetudine con gli amputati genera spesso e volentieri situazioni imbarazzanti, spesso risolte in modo umoristico dagli stessi menomati.


Modello fantastico
Il modello fantastico si discosta nettamente dalle problematiche sanitarie per atterrare direttamente sugli esoscheletri in grado di amplificare la forza e l'agilità umana permettendo addirittura, in alcuni fumetti, il volo grazie a razzi sotto ai piedi.

Gli utilizzatori delle Gambe artificiali

Le gambe artificiali possono esere considerate democratiche: vengono utilizzate in ugual modo da ricchi, poveri, uomini, donne, anziani, adulti e bambini senza distinzione di razza alcuna.
Ovviamente a seconda della ricchezza cambia la qualità delle protesi.
La mancanza di una gamba o parte di essa può creare dei seri disagi sia motori sia mentali, esistono infati molti gruppi di aiuto per aiutare chi ha dovuto subire un amputazione. A livello sociale spesso l'insicurezza e la mancanza della fluidità precedente possono demoralizzare un paziente fino a portarlo alla depressione.

Le storie e i protagonisti per le gambe artificiali

Le storie e i protagonisti per le gambe artificiali

Ambroise Parè
Barbiere-chirurgo vissuto tra il 1510 ed il 1590. Proveniente da una famiglia di umili origini è oggi considerato uno dei padri della chirurgia. 
Nel 1529 riprende le tecniche ormai perdute della legatura dei vasi sanguigni andando a porre le basi per le attuali procedure di amputazione. Fu anche costruttore di protesi estremamente raffinate per l'epoca intervenendo sia su arti inferiori che superiori (dal 19536). Notevole la sua maestria nell'ingegnerizzare protesi in grado di riprodurre i movimenti umani grazie a giunti e blocchi settabili dal paziente che ancora oggi sono in uso. In collaborazione con un fabbricante di serrature, Lorrain, sviluppa le protesi interamente in pelle colla e legno leggero andando a ridurre notevolmente la scomodità dei massicci modelli precedenti.

 Etienne Morel,

369 × 435 - commons.wikimedia.org

imprimendo una svolta alle amputazioni, introdusse per la prima volta nel 1674 il laccio emostatico (tourniqet), con lo scopo di ridurre le perdite di sangue, e di conseguenza i decessi per emorragia.
  

Pieter Verduyn

(1696 circa)
 introdusse nella sua opera Dissertation epistolaris de nova artuum decur tandorum ratione la prima protesi per arti inferiori dotata di cerniere che permettevano maggiori movimenti alla protesi stessa ed un miglior fissaggio al corpo. Il segno lasciato da Veruyn fu tale che le più moderne tecnologie si rifanno ancora alle innovazioni da lui introdotte.
   



 James Potts 

nel 1800 progettò una protesi in legno costituita da un ginocchio in acciaio e da un piede articolato con tendini, provenienti da viscere di gatto, per collegarlo alla gamba ed al ginocchio.



Giuliano Vanghetti, nella seconda metà dell'Ottocento, concepì, per rimediare alle amputazioni subite dagli Ascari in Abissinia, il principio dell protesi cinematiche: riflettendo su come dare "movimento" alle protesi, concluse che forse esse avrebbero potuto essere collegate a quei muscoli e tendini recisi dall'amputazione, sviluppando così protesi il cui movimento poteva essere controllato attraverso la contrazione muscolare.

 Ferdinand Sauerbruch (1875-1951)

con gli stessi scopi di Vanghetti, ebbe un ruolo fondamentale all'interno della pima guerra ondiale, sviluppando un metodo di operazione tramite cui i muscoli dell'amputato, non vendedo totalmente danneggiati, potevano essere collegati alla protesi per indurne il movimento.