Omkring 80% av idrottsskadorna är så kallade muskuloskeletala skador, till exempel stukningar, ansträngningar eller översträckning. Sådana skador kan uppstå särskilt i de sporter med hög belastning på handlederna, som handboll, basket eller tyngdlyftning. Konventionella stöd ger antingen inte tillräckligt med stabilitet eller begränsar ledets rörlighet för mycket. Ett forskargrupp från Zoological Institute vid Kiel University (CAU) har nu utvecklat en flexibel ledskena som kombinerar maximal rörlighet och optimal stabilitet. Källan till deras inspiration var trollsländornas ultratunna vingar, som måste tåla betydande yttre belastningar under flygning. Deras studie publicerades i går i tidningen Tillämpad fysik A . Nu vill forskarna omsätta sin design i praktiken, ett patent har redan lämnats in.

Inspirerad av de unika egenskaperna hos trollsländornas vingar

Faktiskt, forskarna undersöker de fascinerande egenskaperna hos trollsländavingar:För att motstå olika vindströmmar och kollisioner med fasta föremål, de måste vara både stabila och motståndskraftiga. "Inom teknik, stabilitet och rörlighet är ofta två inbördes uteslutande funktioner, medan de i naturen är vanligt förekommande, "säger Ali Khaheshi, studiens första författare. Ingenjören och materialvetaren är på väg att slutföra sin doktorsexamen. med professor Stanislav Gorb och forskargruppen Dr. Hamed Rajabi "Functional Morfology and Biomechanics." Tillsammans har de undersökt hur trollsländan lyckas kombinera båda egenskaperna.

"Resultaten från biologin visar oss spännande idéer för tekniska lösningar:När det gäller trollsländor, nyckeln är de fogliknande anslutningarna i deras vingar, "förklarar Gorb. De är sammanvävda med fläckar av det elastiska proteinhartset, som till en början medger stor rörelsefrihet. om en viss förlängningsvinkel överskrids, styva nagelhåriga spikar på vingen blockerar en ytterligare rörelse genom förregling. De stöder nu leden och ger vingarna den stabilitet som krävs för att klara höga belastningar.

"När en lagkollega berättade om smärtan i handleden under idrott, vi insåg att vårt vingeinspirerade koncept kan ge en lösning "rapporterar Rajabi. För att överföra principen från naturen till en stödjande och ändå mobil handledsskena, de utvecklade ett slags gångjärn av polymjölksyra (PLA). Tack vare sin speciella design, konstruktionen av den lätta och flexibla plasten väger bara 23 gram. Det betyder att den kan fästas på vanliga elastiska textilinslag och begränsar inte den naturliga rörelsen i handen. Endast från en vinkel på 70 grader - det är hur långt handlederna är böjda för tyngdlyftning - en spik blockerar rörelsen och stabiliserar leden under den yttre belastningen, liknande spikarna i trollsländavingar.

Tillämpningar inom medicin och robotik är också möjliga

I en speciell testinställning, forskargruppen undersökte hur deras ledskena tål böjning och yttre kraft. "Testerna visade att vår skena har en bärförmåga på cirka 320 Newton vilket innebär cirka 32 kilo vilket är mer än 1300 gånger av skenans egen vikt. Om strukturen är gjord av starkare material än PLA, den tål laster upp till 450 kg vilket skulle vara mycket högre än kraften som upplevs i världsrekordet för tyngdlyftning, säger Khaheshi.

Fogskenan kan produceras enkelt och kostnadseffektivt med 3D-utskrift och kan justeras för hand, armbågs- eller knäleder. Detta möjliggör även medicinska tillämpningar efter skador, till exempel när lederna bara ska böjas och töjas i begränsad omfattning. En annan fördel med designen är att den är lätt att styra. "Till skillnad från en olinjär mekanisk fjäder, som gradvis blir styvare när den komprimeras, vi kan växla mellan mobilläge och supportläge utan tidsfördröjning, "säger Rajabi. Detta gör den också till en lämplig kandidat för robotapplikationer.

Söker industripartners

Nu letar forskarna efter industriella partners för att utveckla sin gemensamma skena ytterligare och föra den till marknaden, till exempel som en integrerad komponent i textilförband. De har redan patent på sitt koncept. "Biologiska system är mycket mer komplexa än man ofta tror vid första anblicken. Som ett resultat, de har unika egenskaper som vi kan lära oss helt nya tillvägagångssätt för andra områden, "säger Khaheshi, sammanfattar sitt intresse för forskningsområdet biomekanik.