Progetto proFIL – Filamenti multi-materiali per la realizzazione di protesi personalizzate ad alte prestazioni con focus su adaptive sport

Pubblicato il da Stefania Aldeghi

Durata: 36 mesi (nov 2020 – nov 2023)

Ente Finanziatore: INAIL – Istituto Nazionale Assicurazione contro gli Infortuni sul Lavoro

Finanziamento: 900.000 €

Partenariato:

  • Centro Protesi Inail (P.I. Emanuele Gruppioni)
  • Consiglio Nazionale delle Ricerche – CNR IPCB (Coordinatore, P.I. Marino Lavorgna, Andrea Sorrentino)

Sub-partners:

  • Istituto di Chimica della Materia Condensata e Tecnologie per l’Energia (CNR-ICMATE)
  • Politecnico di Milano – Dipartimento di Meccanica (POLI-FEM)
  • Politecnico di Milano – Dipartimento di Meccanica (POLI-MIS)
  • Ospedale Valduce, Clinica Riabilitativa Villa Beretta
  • IRCCS E. Medea – La Nostra Famiglia
  • Univerlecco

Il progetto PROFIL può già vantare importanti risultati scientifici e tecnologici relativi allo sviluppo di dispositivi protesici personalizzati e ad alte prestazioni per pazienti amputati di arto inferiore. Grazie all’utilizzo di nuovi materiali compositi polimerici, tecnologie additive e specifici paradigmi di progettazione biomeccanica e meccanica, il progetto ha permesso di realizzare nuovi dispositivi protesici attraverso l’ottimizzazione dei materiali e strutture e la validazione funzionale della performance. Inoltre, l’uso di sensori in fibra ottica per monitorare le modifiche chimico-fisiche e strutturali dei compositi ottenuti permette di affrontare anche le problematiche di durabilità e di resistenza a fatica di questi dispositivi nonché offre la possibilità di monitorarne l’utilizzo da parte del paziente e l’invecchiamento reale. Il prototipo finale sarà un dispositivo protesico realizzato mediante stampa 3D di compositi polimerici in grado di fornire rigidezza adeguata, soddisfacente recupero di energia, ridotto peso, bassi costi di produzione e durabilità controllata rispettando così tutti i vincoli della sostenibilità.

Figura 1. Fabbricazione additiva della protesi e dei componenti
Figura 2. Sistema di monitoraggio basato sulle fibre ottiche

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Figura 3. Progettazione strutturale e analisi biomeccanica

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Il progetto PROFIL vuole esplorare le potenzialità dell’Additive Manufacturing (AM), e in particolare di quelle basate sull’utilizzo dei materiali compositi polimerici (particellare, a fibra corta e lunga) nella realizzazione di ausili protesici per pazienti amputati di arto inferiore. Il focus è sullo sviluppo di dispositivi protesici per le attività sportive, ad elevate prestazioni e completamente personalizzati, integrando lo sviluppo di nuovi materiali compositi polimerici (polimero/fibre corte e fibre lunghe) e ibridi (metallo/composito) con l’uso di nuove tecnologie additive e specifici paradigmi di progettazione biomeccanica e meccanica. La presenza di partner clinici assicura al progetto la dovuta attenzione ai requisiti funzionali e personalizzazione dei dispositivi e la possibilità di una valutazione completa della performance. I risultati del progetto permetteranno di affrontare anche le problematiche di durabilità e di resistenza a fatica di questi dispositivi attraverso l’uso di sensori in fibra ottica per monitorare le modifiche chimico-fisiche e strutturali dei compositi ottenuti.

OBIETTIVI del PROGETTO

L’obiettivo scientifico e tecnologico del progetto è quello di esplorare le potenzialità dei materiali compositi e delle tecnologie di stampa 3D a filo continuo (fibre lunghe e/o fibre corte) nella realizzazione di dispositivi protesici personalizzati e ad alte prestazioni (invasatura arto inferiore e/o ausili Energy Storing and Return Prosthesis, ESAR). In quest’ambito si andranno a sviluppare nuove soluzioni in termini di materiali innovativi, tecnologie AM, integrazione di materiali compositi e metallici (materiali ibridi), uso di sensori ottici, e progettazione di materiali compositi e strutture complesse. Il progetto ha un obiettivo economico-sociale connesso con la possibilità di realizzare dei dispositivi fruibili a costi più bassi rispetto ai prodotti commerciali, in modo da renderli potenzialmente disponibili a una platea di utenti vasta senza restrizioni dovute a limitazioni economiche.

RISULTATI ATTESI

Il prototipo finale sarà un dispositivo protesico realizzato mediante l’impiego delle tecnologie AM di compositi polimerici in grado di fornire: rigidezza adeguata, soddisfacente recupero di energia, adeguato peso, bassi costi di produzione, durabilità controllata.