Studentki Politechniki Krakowskiej zaprojektowały protezę dla baletnicy

Zuzanna Gwiazdonik i Anna Wątek, studentki inżynierii biomedycznej na Politechnice Krakowskiej, skonstruowały elektroniczną protezę nogi dla baletnicy. Sterowany impulsami mięśniowymi prototyp wynalazku pozwala na zgięcie sztucznej stopy, co umożliwia tancerce wykonywanie różnych pozycji baletowych. Rozwiązanie powstało w ramach Koła Naukowego ABB, globalnego lidera technologicznego w zakresie automatyki i energetyki. Było też tematem obronionej na PK pracy inżynierskiej.

– Na pomysł protezy wpadłam podczas zajęć z protetyki na II roku studiów z inżynierii biomedycznej na Politechnice Krakowskiej. Inspiracją były dziecięce marzeniami o zajęciach baletowych i moja, trwającą do dziś, fascynacja tym stylem tańca – mówi Zuzanna Gwiazdonik. – Zaczęłam szukać w Internecie czy takie rozwiązanie jak proteza dla baletnicy już ktoś opracował. Znalazłam nieliczne przypadki prób stworzenia takiej protezy kończyny dolnej, ale wszystkie te rozwiązania służyły tancerce bardziej jako podpora, nie miały możliwości zgięcia stopy protezowej.

Ambicją studentek PK było więc stworzyć elastyczną protezę, która dawałaby baletnicy możliwość ruchu stopą i wykonywania wszystkich pozycji baletowych. Pomysł postanowiły zgłosić do 8. edycji Koła Naukowego ABB. – To był akurat czas finału poprzedniej edycji Koła Naukowego ABB, w którym brała udział nasza koleżanka z uczelni Agnieszka Tkaczyk, autorka elektronicznej protezy dłoni. Jej sukces zachęcił nas do aplikowania – wyjaśnia Zuzanna Gwiazdonik. Uczestnicy Koła Naukowego, działającego przy Korporacyjnym Centrum Technologicznym ABB w Krakowie, mogą korzystać z pomocy naukowców i specjalistów, zaplecza technologicznego, a także wsparcia finansowego firmy. Inicjatywa ABB jest skierowana m.in. do studentów uczelni technicznych i uczniów szkół średnich.

Studentki PK nawiązały też kontakt z poznaną w mediach społecznościowych Karoliną Smoleńską, której – po wypadku – amputowano nogę poniżej kolana. Mimo niepełnoprawności pozostaje aktywną optymistką, w mediach społecznościowych chwali się postępami w rehabilitacji i powrotem do zdrowia. – Zaprosiłyśmy Karolinę do współpracy i testów prototypu. To właśnie na podstawie skanów 3D kikuta jej nogi oraz drugiej zdrowej kończyny wykonałyśmy modele leja protezowego, stopy protezowej zaokrąglonej na końcu w części palców, tak aby była idealnie dopasowana do pointa baletnicy oraz model rdzenia stopy protezowej – wymienia Zuzanna Gwiazdonik.

Skany 3D konstruktorki wykonały przy pomocy kamery Intel RealSense. Elementy protezy zostały wydrukowane na drukarce 3D w laboratorium ABB. – Największym wyzwaniem było jednak napisanie programu sterującego protezą – przyznaje Anna Wątek, współautorka wynalazku. Proteza jest sterowana za pomocą sygnału EMG. Elektrody naklejone na mięśniu czworogłowym uda odbierają sygnał mięśniowy, który przekazywany jest do czujnika MyoWare. – To czujnik umożliwiający kontrolowanie urządzeń za pomocą sygnałów bioelektrycznych, generowanych przez ludzkie mięśnie. Dane z czujnika odbiera specjalnie zaprogramowany moduł Arduino Nano, który w zależności od natężenia sygnału umożliwia ruch serwomechanizmem. Ten poruszą sztuczną stopą – wyjaśnia studentka PK. W pracach nad układem sterowania protezą pomogli mechanicy i elektronicy z ABB, opiekunem całego projektu studentek PK był Artur Poniedziałek.

– Stworzyłyśmy prototyp, by zwrócić uwagę na brak na rynku takiej sportowej protezy dla baletnicy i podsunąć nasz innowacyjny pomysł na takie rozwiązanie. W przyszłości chciałybyśmy nawiązać współpracę z firmami protetycznymi, aby udoskonalić i ugruntować naszą wiedzę na temat protetyki kończyn dolnych i spróbować wykonać protezę z profesjonalnych materiałów czyli kompozytów z włókna węglowego – mówi Zuzanna Gwiazdonik. Prace nad protezą były podstawą właśnie obronionej przez nią na Politechnice Krakowskiej pracy inżynierskiej pt.: „Modelowanie i analiza numeryczna MES stopy protezowej dla tancerki baletowej”. Inżynierem jest już także Anna Wątek, która obroniła pracę pt.: „Analiza wytrzymałościowa MES wybranych rodzajów implantów stomatologicznych”. Promotorką obu prac jest dr inż. Agnieszka Chojnacka-Brożek.

Korporacyjne Centrum Technologiczne ABB, w ramach którego działa Koło Naukowe ABB, współpracuje z naukowcami i studentami Politechniki Krakowskiej od wielu lat. W ubiegłym roku otwarto wspólne laboratorium firmy ABB i Politechniki Krakowskiej – Centrum Materiałów Funkcjonalnych i Zaawansowanych Procesów Wytwarzania (CEFUMA). Wyposażone w unikatowe w skali kraju stanowiska badawcze służy do opracowywania, przetwarzania i testowania nowoczesnych materiałów funkcjonalnych. ABB objęło także patronat nad prowadzonymi na Politechnice kierunkami studiów: inżynierią materiałową i infotroniką.

Młodzi wynalazcy zainteresowani naborem do kolejnej edycji Koła Naukowego ABB już mogą się zgłaszać ze swoimi projektami, nabór trwa do 12 marca. Formularz zgłoszenia jest dostępny na stronie internetowej: abb.pl/kolonaukowe

(mas) / Politechnika Krakowska / fot. Re:view www.thereview.pl

Data publikacji: 11.03.2021 r.