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Advanced sensor-based design and development of wearable prosthetic socket for amputees

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Progettare una gamba protesica più adatta e performante

Utilizzando tecnologie emergenti, i ricercatori hanno progettato invasature protesiche su misura per le esigenze di ogni singolo amputato.

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Secondo il sito dell’Organizzazione mondiale della sanità, sono più di 25 milioni le persone che hanno subito un’amputazione agli arti inferiori, molte delle quali utilizzano protesi per muoversi. Sebbene queste protesi abbiano fatto miracoli in termini di aumento della mobilità e della qualità della vita, sono tutt’altro che perfette. Infatti, il 35,3 % degli amputati si dichiara insoddisfatto della propria protesi in generale, mentre il 40 % ha difficoltà a percorrere anche solo 50 metri. «Sommando queste statistiche si ottiene una chiara necessità di migliorare le prestazioni delle protesi», afferma DeJiu Chen, professore associato presso il KTH Royal Institute of Technology. Con il supporto del progetto SocketSense, finanziato dall’UE, Chen si sta impegnando per rispondere a questa esigenza. A questo scopo, sta utilizzando tecnologie emergenti come i sensori intelligenti, l’intelligenza artificiale e l’Internet delle cose (IOT) per costruire un’invasatura protesica migliore.

Ottimizzazione dell’invasatura protesica

Un componente fondamentale nelle protesi moderne è l’invasatura, la parte che collega il dispositivo all’amputato. Secondo Chen, affinché la protesi funzioni, l’invasatura non solo deve adattarsi correttamente, ma deve anche essere in grado di sopportare il carico corretto, fornire la giusta stabilità operativa e garantire il controllo. «La progettazione e l’ottimizzazione di un’invasatura protesica richiedono un’approfondita comprensione delle effettive condizioni operative all’interno dell’invasatura», spiega Chen. «Tuttavia, si tratta di un compito difficile a causa della complessità intrinseca e della limitata osservabilità dell’invasatura in funzione.» È qui che entra in gioco la tecnologia. «Grazie a sensori intelligenti, la soluzione SocketSense è in grado di monitorare e analizzare efficacemente le condizioni operative dinamiche all’interno delle invasature protesiche, altrimenti non osservabili», aggiunge Chen. «Il risultato finale è una gamba protesica più adatta e performante.»

Tecnologie all’avanguardia

Ciò che rende la soluzione SocketSense così innovativa è l’uso di una serie di tecnologie all’avanguardia. Tra queste, sensori elettronici indossabili stampati e flessibili che possono essere applicati direttamente all’invasatura e misurano condizioni operative fondamentali, come la pressione e l’attrito. La soluzione impiega metodi di apprendimento automatico e di intelligenza artificiale. «Combinate con l’analisi statistica, queste tecnologie ci permettono di effettuare stime avanzate delle condizioni dell’arto residuo, tradizionalmente molto difficili da prevedere», osserva Chen. SocketSense permette di condurre anche un’analisi biomeccanica avanzata per la diagnostica e la prognosi dell’arto, di un sistema di supporto decisionale per l’ottimizzazione della progettazione dell’invasatura e di servizi software integrati per l’acquisizione e l’analisi dei dati. Inoltre, il progetto ha sviluppato una nuova piattaforma robotica, denominata «meccatronica-twin», che funge da replica analitica per consentire analisi più efficaci. «Questo approccio robotico all’esplorazione delle complesse interazioni uomo-invasatura ci consente di modellare e simulare il comportamento in modo virtuale, evitando di sottoporre l’amputato a esperimenti potenzialmente stressanti», osserva Chen.

Invasatura su misura per le esigenze degli utenti

A seguito del collaudo e della convalida del sistema attraverso prove di laboratorio e test clinici e pilota condotti in Islanda, Spagna e Regno Unito, i partner del progetto stanno attualmente esplorando le opportunità per far maturare ulteriormente le tecnologie e farle progredire verso la commercializzazione. «Integrando una vasta gamma di tecnologie e metodi scientifici, siamo riusciti a sviluppare con successo un sistema innovativo, intelligente, basato sull’IoT e caratterizzato da sensori personalizzabili all’interno dell’invasatura, raccolta dati basata su cloud e analisi operativa avanzata», conclude Chen. «Tuttavia, sebbene la tecnologia sia impressionante, ciò di cui siamo più orgogliosi è quello che fa, cioè permetterci di creare invasature protesiche su misura per le esigenze individuali di un amputato.»

Parole chiave

SocketSense, sensori, invasatura protesica, gamba protesica, amputati, tecnologie emergenti, intelligenza artificiale, internet delle cose, apprendimento automatico, robotica

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