C-Leg© di MDP, i motori che reinventano la protesi di gamba intelligente

Salire un gradino, passeggiare su un sentiero accidentato… Per le persone che hanno subito un'amputazione, alcune attività quotidiane diventano sinonimo di lotta permanente. Con il C-Leg®, questo tipo di ostacolo si supera senza sforzo. Questo sistema di protesi di gamba intelligente, sviluppato dall'azienda Ottobock, specializzata in ingegneria medicale e leader mondiale nel settore delle protesi, facilita la vita delle persone che hanno subito un'amputazione femorale.

Un'articolazione intelligente del ginocchio
Attualmente, più di 40 000 persone in tutto il mondo beneficiano già dei vantaggi del sistema C-Leg®. Cosa distingue questa protesi? L'articolazione intelligente del ginocchio, che si adatta in tempo reale alla fase del passo scelta dalla persona. Il sensore dell'articolazione del ginocchio fornisce infatti le informazioni necessarie per la regolazione dinamica della fase di oscillazione, in base alla lunghezza e alla frequenza del passo. Grazie al suo sistema idraulico, l'articolazione limita la capacità massima di flessione durante la fase di oscillazione, cioè quando la protesi è sospesa in aria.

Il risultato è che l'andatura di chi indossa la protesi è più armoniosa e il movimento dell'articolazione del ginocchio più leggero. I terreni accidentati, il buio o la folla fitta non sono più fonte di disagio per chi porta una protesi: il sistema C-Leg® si adatta automaticamente a ogni situazione.

Il rischio di cadute o inciampi è così notevolmente ridotto, e ciò rassicura chi indossa la protesi. Per i più sportivi, una modalità speciale consente persino di configurare il C-Leg® per attività come lo sci di fondo o la bicicletta. Di recente, una donna di 60 anni ha così raggiunto con la sua protesi l'altitudine di 4000 metri sull'Himalaya.

Sensori di alta precisione: il carico rilevato ogni 0,02 secondi
Come può il comando intelligente della protesi adattarsi allo stile di camminata della persona? Avviene in realtà tramite un sistema idraulico regolato da un microprocessore, incaricato di adattarlo dinamicamente a tutte le velocità di camminata. Il comando permette contemporaneamente di assicurare in modo affidabile la fase di appoggio bipodalico della protesi.

Questo meccanismo di regolazione collaudato è attuato da un sistema molto complesso di sensori. Questi rilevano ogni 0,02 secondi il carico, o più precisamente i momenti in cui la caviglia si trova al di sopra della parte regolata del piede, nonché l'angolo e la velocità angolare dell'articolazione del ginocchio. L'articolazione del ginocchio rileva così in permanenza la fase del passo in cui si trova la persona in quel momento. Una batteria agli ioni di litio alimenta il C-Leg® per una durata di circa 48 ore.

RE10: piccolo motore, grandi prestazioni
La caratteristica dell'idraulica è regolata mediante due valvole. Queste valvole sono a loro volta azionate da motori DC RE 10 maxon. Ogni C-Leg® è così dotato di due motori. Il RE10 si distingue essenzialmente per le dimensioni compatte: con un diametro di 10 millimetri, è il secondo motore più piccolo della gamma di motori DC maxon. Le dimensioni, oltre al sistema CLL per Longlife, sono state un punto cruciale nella decisione di Ottobock di ricorrere a questi motori ad alta precisione. Inoltre, questi sono costituiti da avvolgimenti senza ferro e da magneti al neodimio, che consentono di ottenere prestazioni eccezionali con un ingombro minimo.

La commutazione meccanica dei motori è assicurata da spazzole in metallo prezioso. In questo modo, i motori maxon garantiscono un funzionamento senza coppia di impuntamento, anche a velocità molto basse. Durante il processo di commutazione con spazzole, dei contatti vengono continuamente chiusi e riaperti attraverso il carico induttivo dei diversi segmenti dell'avvolgimento del motore.

Le scintille prodotte all'apertura aggrediscono le spazzole e il collettore del motore, fondendone la superficie. Il «fuoco» così prodotto nelle spazzole riduce considerevolmente la durata di vita del sistema di commutazione del motore. I condensatori integrati nei motori permettono però di prolungarne sensibilmente la durata di vita.

Motori in modalità a impulsi o intermittente
Con il principio CLL (capacitor long life), un elemento supplementare viene collegato tra due lamelle del collettore, cioè in parallelo al contatto che si apre. Il concetto CLL attenua così le scintille che si formano a livello delle spazzole, esercitando al contempo un'influenza positiva sull'irraggiamento elettromagnetico.

Nel C-Leg®, i motori maxon funzionano in modalità a impulsi o intermittente, il che significa che il motore viene attivato solo per brevi regolazioni e non in modo continuo. Ottobock stima in 9 milioni il numero di regolazioni di questo tipo effettuate durante il ciclo di vita del C-Leg®.