I plantari semirigidi fungono da base meccanica essenziale per gli esoscheletri azionati da cavi Bowden utilizzati nella riabilitazione. Funzionano principalmente come punti di ancoraggio sul lato del piede, trasformando la tensione grezza dei cavi in un movimento controllato della caviglia. Utilizzando uno specifico livello di rigidità, questi plantari assicurano che la forza generata dall'esoscheletro venga applicata efficacemente al piede per correggere le anomalie dell'andatura senza compromettere la stabilità del paziente.
La funzione principale del plantare semirigido è quella di fungere da mezzo di trasmissione; converte la forza di trazione dei cavi in una forza di reazione efficace al suolo, consentendo una correzione precisa del piede cadente e dell'inversione, proteggendo al contempo il piede da pressioni eccessive.
La Meccanica della Trasmissione della Forza
Agire come Punto di Ancoraggio Critico
Affinché un sistema a cavo Bowden funzioni, i cavi devono avere un punto di terminazione sicuro. Il plantare semirigido fornisce questo ancoraggio, permettendo ai cavi di esercitare una trazione significativa senza scivolare o deformare la struttura della scarpa.
Senza questa specifica rigidità, la tensione dei cavi andrebbe persa a causa dell'allungamento del materiale piuttosto che muovere l'articolazione.
Abilitare il Movimento Bidirezionale
Questi plantari supportano la trasmissione della forza in due direzioni distinte: dorsiflessione (sollevamento del piede) e flessione plantare (spinta del piede verso il basso).
Poiché il plantare percorre tutta la lunghezza del piede e ne mantiene la forma, l'esoscheletro può manipolare l'angolo della caviglia con precisione in entrambe le fasi del ciclo dell'andatura.
Conversione della Forza Ausiliaria
L'obiettivo finale dell'esoscheletro è generare la Forza di Reazione al Suolo (GRF) per spingere o stabilizzare il paziente.
Il plantare assicura che la forza ausiliaria fornita dai motori venga trasferita con successo attraverso la struttura del piede e nel terreno, anziché dissiparsi in un inserto morbido e ammortizzante della scarpa.
Correzione dei Modelli di Andatura Emiparetica
Affrontare il Piede Cadente
I pazienti emiparetici spesso soffrono di piede cadente, in cui la parte anteriore del piede striscia. La rigidità del plantare assicura che, quando il cavo tira verso l'alto, l'intero avampiede si sollevi uniformemente.
Un plantare più morbido si arriccerebbe semplicemente in punta, senza riuscire a sollevare il peso effettivo del piede.
Correzione dell'Inversione del Piede
Oltre al semplice sollevamento, questi plantari aiutano a correggere l'inversione del piede (la rotazione del piede verso l'interno).
Fornendo una piattaforma stabile e semirigida, il sistema può applicare una coppia per allineare correttamente la caviglia, prevenendo l'instabilità laterale che porta alla rotazione.
Comprendere i Compromessi
L'equilibrio tra Rigidità e Comfort
L'efficacia del sistema dipende dalla specifica rigidità del materiale.
Se il plantare è troppo rigido, diventa scomodo per chi lo indossa, causando potenzialmente punti di pressione o limitando il feedback sensoriale naturale.
Efficienza vs. Perdita di Energia
Se il plantare è troppo flessibile, il sistema perde efficienza. Il cavo tira, ma l'energia viene sprecata piegando il plantare di gomma anziché muovere la caviglia.
La designazione "semirigido" rappresenta il compromesso calcolato: abbastanza rigido da trasmettere la forza, ma abbastanza flessibile da essere indossabile per periodi prolungati.
Ottimizzazione per i Risultati del Paziente
Quando si seleziona o si progetta l'interfaccia per un paziente emiparetico, l'obiettivo è massimizzare il trasferimento di forza mantenendo la conformità.
- Se il tuo obiettivo principale è la correzione dell'andatura: Dai priorità a una maggiore rigidità del plantare per garantire che venga applicata la massima coppia per correggere il grave piede cadente o l'inversione.
- Se il tuo obiettivo principale è l'uso a lungo termine: Opta per un plantare con una maggiore conformità per ridurre l'affaticamento e i punti di pressione, accettando una leggera riduzione dell'efficienza di trasmissione della forza.
Il successo sta nell'assicurare che il plantare agisca come un ponte senza soluzione di continuità tra la potenza del robot e l'anatomia del paziente.
Tabella Riassuntiva:
| Caratteristica | Ruolo nella Trasmissione della Forza | Beneficio per i Pazienti Emiparetici |
|---|---|---|
| Punto di Ancoraggio | Fornisce una terminazione sicura del cavo | Assicura che la forza muova l'articolazione, non la scarpa |
| Rigidità del Materiale | Minimizza la dissipazione di energia | Solleva efficacemente l'avampiede per correggere il piede cadente |
| Piattaforma Stabile | Abilita l'applicazione precisa della coppia | Corregge l'inversione del piede e migliora la stabilità |
| Design Semirigido | Bilancia efficienza e conformità | Migliora la portabilità per terapie di lunga durata |
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Riferimenti
- Lizeth H. Sloot, Conor J. Walsh. Effects of a soft robotic exosuit on the quality and speed of overground walking depends on walking ability after stroke. DOI: 10.1186/s12984-023-01231-7
Questo articolo si basa anche su informazioni tecniche da 3515 Base di Conoscenza .
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