Progetto ProActive – Protesi di piede con meccanismi adaptive/responsive e sensorizzazione integrata

Durata: 36 mesi (nov 2023 – nov 2026)

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

Finanziamento: 865.000 €

Partenariato:

  • Centro Protesi INAIL (P.I. Emanuele Gruppioni)
  • Consiglio Nazionale delle Ricerche – CNR IPCB (Coordinatore, P.I. 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)
  • Univerlecco

Il progetto ProActive mira a trasferire le conoscenze scientifiche e tecnologiche sviluppate nel corso del progetto proFIL (programma 2020-2023) verso la progettazione e costruzione di una protesi di piede di nuova generazione, sensorizzata e adattabile a diverse tipologie di pazienti ed utilizzi. Si vuole aumentare il grado di maturità delle tecnologie sviluppate e valorizzare le caratteristiche intrinseche dell’additive manufacturing (AM) quali flessibilità di produzione, introduzione di complessità strutturale e utilizzo di nuovi materiali più economici e sostenibili, al fine di incoraggiare la diffusione di queste protesi del piede verso un maggior numero di utenti. Una progettazione funzionale del dispositivo permetterà un ridimensionamento dell’impatto ambientale, una riduzione dei costi e un incremento del valore economico generato. La possibilità di soddisfare le esigenze specifiche del paziente permetterà anche di fornire eccellenti customer-experiences.

Figura 1. Progetto ProActive

Figura 2. Evoluzione del progetto ProActive attraverso i diversi TRL 

Figura 3. Progettazione e realizzazione protesi e componenti

OBIETTIVI del PROGETTO

Con il progetto ProActive si punta ad ottenere un dispositivo ad alte prestazioni, che integri materiali termoplastici, fibra di carbonio, elementi viscoelastici, materiali metallici, e sensori, per fornire flessibilità, migliore equilibrio e stabilità. Sarà un modello di piede protesico ad accumulo/restituzione di energia, con strutture adaptive/responsive. Gli elementi strutturali della protesi saranno progettati in modo da essere adattabili alle specificità dell’utente e capaci di ottimizzare la biomeccanica dell’utilizzatore in relazione a diversi tipi di andatura. Le nuove funzionalità dovranno inoltre consentire una risposta adattiva al tipo di terreno e al livello di attività. Il progetto ProActive vuole inoltre prevenire le problematiche correlate al logoramento funzionale della protesi e assecondare le normali variazioni fisiologiche dell’utilizzatore assicurando l’integrità e la sicurezza delle strutture biologiche. A tal proposito, l’uso di una sensoristica diffusa, accoppiato ad un’analisi sistematica dei segnali correlati alle deformazioni indotte dal movimento del paziente, permetterà di avere delle informazioni qualitative e quantitative sulle performances del dispositivo nelle diverse fasi della sua vita utile, e su variabili di interesse clinico. In sintesi, il progetto ProActive si propone i seguenti obiettivi:

•   Realizzare un modello di protesi in Additive Manufacturing adatto, dal punto di vista dimensionale e biomeccanico, a una molteplicità di pazienti con caratteristiche fisiche e livelli di attività (livelli K) differenti;

•   Realizzare nuovi materiali e strutture in grado di modificare le prestazioni del piede protesico in relazione all’utilizzo e all’interazione con l’ambiente (meccanismi adaptive/responsive);

•   Realizzare un sistema diagnostico per monitorare anomalie nel dispositivo e caratterizzare la deambulazione dell’utilizzatore.

RISULTATI ATTESI

Durata: 36 mesi (nov 2023 – nov 2026)

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

Finanziamento: 865.000 €

Partenariato:

  • Centro Protesi INAIL (P.I. Emanuele Gruppioni)
  • Consiglio Nazionale delle Ricerche – CNR IPCB (Coordinatore, P.I. 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)
  • Univerlecco

Il progetto ProActive mira a trasferire le conoscenze scientifiche e tecnologiche sviluppate nel corso del progetto proFIL (programma 2020-2023) verso la progettazione e costruzione di una protesi di piede di nuova generazione, sensorizzata e adattabile a diverse tipologie di pazienti ed utilizzi. Si vuole aumentare il grado di maturità delle tecnologie sviluppate e valorizzare le caratteristiche intrinseche dell’additive manufacturing (AM) quali flessibilità di produzione, introduzione di complessità strutturale e utilizzo di nuovi materiali più economici e sostenibili, al fine di incoraggiare la diffusione di queste protesi del piede verso un maggior numero di utenti. Una progettazione funzionale del dispositivo permetterà un ridimensionamento dell’impatto ambientale, una riduzione dei costi e un incremento del valore economico generato. La possibilità di soddisfare le esigenze specifiche del paziente permetterà anche di fornire eccellenti customer-experiences.

Figura 1. Progetto ProActive

Figura 2. Evoluzione del progetto ProActive attraverso i diversi TRL 

Figura 3. Progettazione e realizzazione protesi e componenti

OBIETTIVI del PROGETTO

Con il progetto ProActive si punta ad ottenere un dispositivo ad alte prestazioni, che integri materiali termoplastici, fibra di carbonio, elementi viscoelastici, materiali metallici, e sensori, per fornire flessibilità, migliore equilibrio e stabilità. Sarà un modello di piede protesico ad accumulo/restituzione di energia, con strutture adaptive/responsive. Gli elementi strutturali della protesi saranno progettati in modo da essere adattabili alle specificità dell’utente e capaci di ottimizzare la biomeccanica dell’utilizzatore in relazione a diversi tipi di andatura. Le nuove funzionalità dovranno inoltre consentire una risposta adattiva al tipo di terreno e al livello di attività. Il progetto ProActive vuole inoltre prevenire le problematiche correlate al logoramento funzionale della protesi e assecondare le normali variazioni fisiologiche dell’utilizzatore assicurando l’integrità e la sicurezza delle strutture biologiche. A tal proposito, l’uso di una sensoristica diffusa, accoppiato ad un’analisi sistematica dei segnali correlati alle deformazioni indotte dal movimento del paziente, permetterà di avere delle informazioni qualitative e quantitative sulle performances del dispositivo nelle diverse fasi della sua vita utile, e su variabili di interesse clinico. In sintesi, il progetto ProActive si propone i seguenti obiettivi:

•   Realizzare un modello di protesi in Additive Manufacturing adatto, dal punto di vista dimensionale e biomeccanico, a una molteplicità di pazienti con caratteristiche fisiche e livelli di attività (livelli K) differenti;

•   Realizzare nuovi materiali e strutture in grado di modificare le prestazioni del piede protesico in relazione all’utilizzo e all’interazione con l’ambiente (meccanismi adaptive/responsive);

•   Realizzare un sistema diagnostico per monitorare anomalie nel dispositivo e caratterizzare la deambulazione dell’utilizzatore.

RISULTATI ATTESI

L’avanzamento delle conoscenze che ci si propone di ottenere con il progetto ProActive sui materiali, sulle tecnologie di stampa 3D, sui metodi di progettazione personalizzata, e sui sensori per il monitoraggio delle strutture e delle modalità di utilizzo dei componenti protesici vuole essere un volano, sia scientifico che tecnologico, per implementare una nuova metodologia di realizzazione con AM dei componenti protesici basiti su materiali compositi (polimero-fibra, e polimero-fibra-metallo).