На этой неделе на Паралимпийских играх 2004 года Войтек Чиз, мировой рекордсмен по прыжкам в длину, доверится космическим технологиям и опыту, которые помогут ему выиграть свою первую олимпийскую медаль. Для соревнований части протеза, который он будет использовать, изготовлены из материала, предназначенного для использования в пространстве, чтобы сделать его одновременно прочнее и легче.
Czyz потерял часть левой ноги в спортивной аварии три года назад, и чтобы продолжить свою страсть ко «всему, что связано со спортом», это означало, что ему пришлось использовать протез. «У меня была большая проблема с моим старым протезом, так как соединительный угол между коленом и пружиной голени часто ломался, когда я прыгал в длину», - объясняет он. Это была не только практическая проблема, но еще важнее то, что она создавала психологический барьер. «Когда я тренировался, я всегда беспокоился, что моя искусственная нога не будет держаться, и я никогда не знал, как далеко я могу толкнуть себя и протез во время прыжков».
Космические материалы на помощь Большинству людей с ограниченными возможностями приходится полагаться на «стандартные» протезы для повседневного использования, и существует очень ограниченный рынок компонентов, изготовленных по индивидуальному заказу для занятий спортом. Стандартные протезы, используемые спортсменами, могут быть лучше оптимизированы для снижения веса и приспособлены к условиям нагрузки, встречающимся в соревновательных видах спорта.
Управление передачи и продвижения технологий ESA вместе с MST Aerospace, немецким брокером по передаче технологий, управляющим сетью передачи технологий ESA, узнали о проблеме спортсмена из сообщений на немецком телевидении и в прессе. После контактов с Чизом, чтобы определить его наиболее важные технологические потребности, ЕКА и MST согласились изучить проблему.
«Целью, - говорит Пьер Бриссон, глава отдела передачи и продвижения технологий ЕКА, - было найти решения, основанные на космических технологиях, для людей с ограниченными возможностями, чтобы помочь им участвовать в спортивных состязаниях на соревновательном уровне, а также наслаждаться лучшим качеством. жизни."
Вместе с Войтеком Чижем были определены три области, нуждающиеся в улучшении: сам протез, подгонка и условия тренировки.
Биомедицинские процедуры определили, какие части протезов можно улучшить для бега и прыжков, и стало ясно, что основной проблемой является элемент коленного сустава, а именно Г-образная скоба между искусственным коленом и карбоновым пером, которая заменяет голень.
От имени ЕКА MST связалась с ISATEC, немецкой компанией, имеющей опыт использования в космических проектах высокопрочных материалов, таких как высокопрочные алюминиевые сплавы, титан и углепластики (CFRP).). Эта компания проектирует и анализирует конструкции из углепластика, используемые для ракетных двигателей и эксперимента с альфа-магнитным спектрометром (AMS) на Международной космической станции (МКС). AMS - это детектор, предназначенный для внеземного изучения антиматерии, материи и недостающей материи. Используя те же методы и опыт, ISATEC проанализировала и оптимизировала L-образный брекет, чтобы улучшить искусственную конечность для использования в спортивных соревнованиях.
«В ходе детального анализа были предложены различные решения для разных видов спорта, каждое из которых оптимизировано для определенного использования», - объясняет Йоханнес Шмидт, руководитель проекта в MST. «Для спринта был разработан кронштейн, изготовленный из высокопрочного алюминиевого сплава, материала, который использовало ESA в своем эксперименте с AMS».
«Для прыжков в длину ситуация иная, и композитный брекет был сделан из углеродного волокна и слоев ткани», - продолжает Йоханнес Шмидт. «После отзыва спортсмена первая версия была изменена, и была создана более мягкая вторая версия».
Послойный анализ напряжения, проведенный на более чем 40 однонаправленных и тканевых слоях, был особенно важен, поскольку он гарантировал, что материал, выбранный для брекета, был достаточно прочным, чтобы выдерживать дополнительную нагрузку во время прыжков в длину. Новый, более жесткий и прочный L-образный кронштейн легче и прочнее, что обеспечивает спортсменам большую безопасность во время тренировок.
«Только многолетняя работа по использованию и оптимизации этих специальных материалов для использования в космосе позволила изготовить высокоэффективные брекеты для протеза Чиза», - говорит Шмидт.
Training Чиз также сказал MST, что у него всегда были проблемы с установкой протеза на ногу. «В зависимости от моего общего состояния культя может увеличиваться или уменьшаться, что затрудняет надежное крепление протеза. Во время некоторых тренировок она даже отваливалась».
После обсуждения с Европейским центром астронавтов (EAC) и Европейской сетью здравоохранения, созданной ЕКА для разработки, продвижения и коммерциализации решений для здравоохранения и благополучия, основанных на космических исследованиях и разработках, менеджер сети здравоохранения ЕКА Филиппо Онгаро предложил использовать чрескожный электрический стимулятор мышц (PEMS) для предотвращения дальнейшей атрофии мышц и увеличения мышечной массы.
PEMS была разработана и изготовлена швейцарской компанией Syderal для предотвращения воздействия микрогравитации на астронавтов, особенно атрофии мышц и сопутствующих эффектов, таких как минерализация костей и ухудшение состояния сердечно-сосудистой системы. В 1996 году PEMS I совершил полет на космическом шаттле, а PEMS II планируется доставить на МКС в мае следующего года.
В июне этого года Управление пилотируемых космических полетов ЕКА предоставило тренажер PEMS II, который был установлен в Немецком спортивном университете в Кельне (DSHS), чтобы помочь Чижу увеличить мышечную массу и уменьшить атрофию в ноге. Обучение проходило под руководством профессора Наричи из Манчестерского университета, который уже проводил интенсивные исследования с PEMS I и II, д-ра Занге из Института аэрокосмической медицины Немецкого аэрокосмического центра (DLR) при поддержке д-ра Шнайдера и д-ра Абеля из Института Двигательный контроль и техника движения в DSHS, и профессор Маффулли из Медицинской школы Университета Киля. DLR также предоставила испытательное оборудование в Кёльн-Порце.
Я смог тренироваться в течение 10 недель с PEMS. Это улучшило мышечную массу моей ноги, так что у меня больше не было проблем с установкой протеза. Даже когда я плохо себя чувствую, мышечная масса моей ноги остается то же самое», - говорит Чиж.
Для тренировок спортсмен был одет в тренировочный костюм, разработанный итальянской компанией Grado Zero Espace. Ткань состоит из мембраны с памятью формы на основе полимера, используемого в космосе для складных колес планетоходов, а также для развертываемых космических конструкций.
Чиз также надеется на медали в беге на 100 и 200 метров, но его главная любовь - прыжки в длину. «Участие в олимпиаде будет нервным, так как это не то же самое, что прыгать дома. В 2003 году я побил мировой рекорд, прыгнув на 5,85 метра, а с переработанными частями протеза мои прыжки увеличились на 20 см. Надеюсь, я смогу установить новый олимпийский рекорд в Афинах, проехав 6 м."