Avaruusteknologiaa paralympialaisissa
Tällä viikolla alkaneissa vuoden 2004 paralympialaisissa pituushypyn maailmanennätysmies Wojtek Czyz luottaa avaruusteknologian apuun tähdätessään ensimmäiseen olympiamitaliinsa. Hänen kilpailussa käyttämässään proteesissa on avaruuskäyttöön suunnitellusta materiaalista valmistettuja osia, joiden avulla proteesista on onnistuttu tekemään vahvempi ja kevyempi.
Czyz menetti osan vasemmasta jalastaan kolme vuotta sitten sattuneessa urheiluonnettomuudessa, ja voidakseen jatkaa urheilemista hänen oli turvauduttava proteesiin.
"Suurena ongelmana entisessä proteesissani oli, että polvielementin ja proteesin alaosassa olevan jousen välinen liitoskappale särkyi monesti pituutta hypätessäni", kertoo Czyz. Vielä vaikeampaa oli se, kun tämä käytännön ongelma loi psyykkisen esteen hyppäämiselle. "Harjoitellessani pelkäsin aina, että proteesi ei kestäisi, enkä hypätessäni koskaan tiennyt, kuinka tosissani uskaltaisin ponnistaa."
Avaruusajan materiaaleista apua ongelmaan
Useimpien vammaisten täytyy tyytyä "tavallisiin" jokapäiväiseen käyttöön suunniteltuihin proteeseihin, sillä markkinat urheilukäyttöön mukautetuille komponenteille ovat hyvin rajoitetut. Urheilijoiden käyttämien tavallisten proteesien suorituskykyä voitaisiin parantaa tekemällä niistä kevyempiä ja ottamalla suunnittelussa huomioon kilpaurheilussa proteesiin kohdistuva kuormitus.
ESAn teknologiansiirto- ja promootiotoimisto ja ESAn teknologiansiirtoverkostoa hoitava saksalainen MST Aerospace tulivat tietoisiksi urheilijan ongelmasta nähtyään aiheeseen liittyviä raportteja Saksan televisiossa ja lehdistössä. ESA ja MST keskustelivat asiasta Czyzin kanssa selvittääkseen hänen tärkeimmät teknologiset tarpeensa ja lupasivat pyrkiä selvittämään ongelman.
ESAn teknologiansiirto- ja promootiotoimiston johtajan Pierre Brissonin mukaan "tavoitteena oli avaruusteknologiaa hyödyntäen löytää ratkaisuja, jotka auttaisivat vammaisia osallistumaan kilpaurheiluun ja jotka parantaisivat heidän yleistä elämänlaatuaan".
Yhteistyössä Wojtek Czyzin kanssa tunnistettiin kolme parannuksen kohdetta: itse proteesi, sen istuvuus ja harjoitteluolosuhteet.
Biolääketieteellisten toimenpiteiden avulla määritettiin, mitä proteesin osia voitaisiin parantaa erityisesti juoksemista ja hyppäämistä varten. Kävi ilmi, että suurin ongelmakohta oli proteesin polvielementti, tarkemmin sanottuna polvielementin ja proteesin alaosan muodostavan hiilikuituliuskan välinen L-kiinnike.
MST otti ESAn puolesta yhteyttä saksalaiseen yritykseen, ISATECiin, jolla on kokemusta erikoismateriaalien, kuten erikoislujien alumiiniseosten, titaanin ja hiilikuituvahvisteisten muovien käytöstä avaruusprojekteissa. Yritys suunnittelee ja analysoi rakettimoottoreissa ja kansainvälisellä avaruusasemalla tehtävässä AMS-kokeessa (Alpha Magnet Spectrometer) käytettäviä CFRP-rakenteita. AMS on tunnistin, joka on suunniteltu antimaterian, materian ja puuttuvan materian tutkimiseen avaruudessa. Näitä samoja tekniikoita käyttäen ISATEC analysoi L-kiinnikkeen ja optimoi sen siten, että proteesi soveltuisi paremmin kilpaurheilukäyttöön.
"Yksityiskohtainen analyysi osoitti, että eri urheilulajeille tarvittiin erilaiset, juuri tiettyyn käyttötarkoitukseen mukautetut ratkaisut", selittää MST:n projektipäällikkö Johannes Schmidt. "Pikajuoksua varten kehitettiin kiinnike samasta erikoislujasta alumiiniseoksesta, jota ESA käyttää AMS-kokeessa."
"Pituushypyssä vaatimukset ovat erilaiset, ja tähän tarkoitukseen valmistettiin komposiittikiinnike hiilikuitu- ja kangaskerroksista", jatkaa Schmidt. "Urheilijalta kiinnikkeen ensimmäisestä versiosta saadun palautteen seurauksena valmistettiin toinen, pehmeämpi versio."
Yli 40 yksisuuntaiselle ja kankaiselle kerrokselle kerros kerrokselta tehty kuormitusanalyysi oli erityisen tärkeä, jotta voitiin varmistaa, että valittu kiinnikemateriaali oli tarpeeksi luja kestämään pituushypyssä proteesiin kohdistuvan ylimääräisen kuorman. Uusi jäykempi ja kestävämpi L-kiinnike on sekä kevyempi että lujempi, mikä parantaa urheilijoiden turvallisuutta urheilusuoritusten aikana.
"Ilman monen vuoden työskentelyä näiden materiaalien käytön ja kehittelyn parissa avaruustarkoituksiin emme olisi pystyneet valmistamaan erikoiskiinnikkeitä Czyzin proteesiin", sanoo Schmidt.
Harjoittelu
Czyz kertoi MST:lle myös proteesin jalkaan sovittamisen tuottaneen ongelmia. "Yleisestä terveydentilastani riippuen tyngän koko vaihtelee, mikä vaikeuttaa proteesin kiinnittämistä tukevasti paikalleen. Proteesi on joskus harjoittelussa jopa irronnut kokonaan."
Keskusteltuaan Euroopan astronauttikeskuksen ja Euroopan terveydenhuoltoverkoston kanssa, jonka ESA loi kehittämään, edistämään ja kaupallistamaan avaruustutkimukseen perustuvia ratkaisuja terveydenhuolto- ja hyvinvointialoille, ESAn terveydenhuoltoverkoston johtaja Filippo Ongaro ehdotti perkutaanisen sähköstimulaattorin (PEMS) käyttöä lihasatrofian estämiseksi ja lihasmassan kasvattamiseksi.
PEMS-stimulaattorin kehitti ja valmisti sveitsiläinen yritys, Syderal, astronauttien käyttöön mikropainovoiman aiheuttamien haittojen, etenkin lihasatrofian ja siihen liittyvien vaikutusten, kuten luun mineralisaation ja kardiovaskulaarisen kunnon heikkenemisen, estämiseksi. Vuonna 1996 PEMS I oli matkassa avaruussukkulassa ja PEMS II aiotaan lähettää kansainväliselle avaruusasemalle ensi toukokuussa.
Tämän vuoden kesäkuussa ESAn miehitettyjen avaruuslentojen direktoraatti lahjoitti PEMS II -laitteen Kölnissä sijaitsevalle Saksan urheiluyliopistolle (DSHS), jonne se asennettiin, jotta Czyz voisi kasvattaa lihasmassaa ja vähentää lihasatrofiaa vammautuneessa jalassaan. Harjoittelua ohjasivat PEMS I- ja PEMS II -laitteisiin liittyvää syvällistä tutkimustyötä tehnyt Manchesterin yliopiston professori Narici ja Saksan ilmailu- ja avaruuskeskuksen (DLR) ilmailu- ja avaruuslääketieteen instituutin tohtori Zange apunaan DSHS:n motoriikan ja liiketekniikan instituutin tohtorit Scheider ja Abel sekä Keelen yliopiston lääketieteenlaitoksen professori Maffulli. Lisäksi DLR tarjosi heidän käyttöönsä Köln Porzin kaupungissa sijaitsevat koetilat.
"Minulla oli mahdollisuus harjoitella PEMS-laitteen kanssa kymmenen viikon ajan. Tänä aikana jalkani lihasmassa kasvoi, eikä minulla enää ole vaikeuksia proteesin paikalleen sovittamisessa. Jalan lihasmassa pysyy nyt samana sairaana ollessanikin", kertoo Czyz.
Harjoittelussa Czyz käytti italialaisen yrityksen, Grado Zero Espacen, kehittämää pukua, jossa on muotomuistin omaava kalvo, joka pohjautuu planeetantutkimusrobottien kokoontaitettavissa pyörissä ja laukaistavissa avaruusrakenteissa vaahtona käytettävään polymeeriin.
Czyz toivoo sijoittuvansa mitaleille myös 100 ja 200 metrillä, mutta sanoo kuitenkin mielilajinsa olevan pituushyppy. "Olympialaisiin osallistuminen jännittää, sillä se on aivan eri asia kuin kotona hyppääminen. Vuonna 2003 rikoin maailmanennätyksen 5,85 metriä pitkällä hypylläni, ja uuden proteesin ansiosta hyppyihin on tullut vielä 20 senttiä lisää pituutta. Toivon pystyväni Ateenassa hyppäämään uuden olympiaennätyksen ja rikkomaan kuuden metrin rajan."
