Rymdteknik på de paraolympiska spelen

Czyz förlorade en del av vänstra benet i en sportolycka för tre år sedan. Han har sedan dess varit tvungen att använda protes för att kunna ägna sig åt sitt stora intresse: idrotten.

”Jag hade mycket problem med min gamla protes. Den del som höll ihop knäet och fjädern i vaden gick ofta sönder när jag hoppade längdhopp”, förklarar Czyz. Det var inte bara ett rent praktiskt problem, utan det skapade dessutom en psykologisk spärr. ”Jag var alltid rädd att det konstgjorda benet inte skulle hålla när jag tränade. Därför visste jag aldrig hur mycket jag skulle våga pressa mig själv och protesen när jag hoppade.”

Rymdmaterial räddar hopparen

De flesta rörelsehindrade människor är tvungna att nöja sig med ”standardproteser” för vardagsbruk. Marknaden för proteser som är anpassade till idrottsaktiviteter är begränsad. De standardproteser som används av idrottsmän skulle kunna göras lättare och samtidigt starkare för att klara idrottens belastningarna.

Tysk media gjorde ESA:s avdelning för tekniköverföring och marknadsföring och MST Aerospace uppmärksamma på idrottarnas situation. Tyska MST Aerospace ansvarar för ESA:s nätverk för tekniköverföring. Tillsammans med Czyz kom ESA och MST fram till vilka tekniska behov hopparna har. De bestämde sig för att försöka lösa problemen.

”Målet är att rörelsehindrade människor ska kunna ägna sig åt idrott på elitnivå och samtidigt få en högre livskvalitet med hjälp av rymdteknik”, säger Pierre Brisson, som är chef för ESA:s avdelning för tekniköverföring och marknadsföring.

Tillsammans med Wojtek Czyz kom ESA och MST fram till att det fanns tre områden som behövde förbättras: protesen, dess passform och träningsförhållandena.

Med hjälp av biomedicin fastställde de vilka delar av protesen som kunde förbättras för löpning och längdhopp. De kom fram till att det som främst orsakade problem var den L-formade led som sammanfogar det konstgjorda knäet med kolfiberfjädern som ersätter underbenet.

ESA lät MST kontakta ISATEC, ett tyskt företag som tidigare arbetat med rymdprojekt som använt högpresterande material som starka aluminiumlegeringar, titan och kolfiberkompositer (CFRP). ISATEC ägnar sig åt att utforma och studera konstruktioner av CFRP som används i raketmotorer och vid AMS-experiment (Alpha Magnet Spectrometer) på den internationella rymdstationen ISS. AMS-detektorn har skapats för att studera antimateria, materia och svart materia i rymden. ISATEC har nu använt sig av samma teknik och kunskap för att analysera och förbättra den L-formade sammanfogningsleden och anpassa protesen till idrottstävlingar.

”Analysen visade att varje idrottsgren kräver en specialanpassad lösning”, förklarar Johannes Schmidt, som är projektledare på MST. ”Vi tillverkade en särskild sammanfogningsled för löpning, gjord av en stark aluminiumlegering som används i ESA:s AMS-experiment.”

“Längdhopp ställer andra krav. Vi tillverkade därför en led av kolfiber och olika textillager”, berättar Johannes Schmidt. ”Efter feedback från Czyz gjorde vi om den första modellen och tillverkade en mjukare variant.”

En belastningsstudie gjordes av över 40 textilmaterial. Analysen var viktig eftersom man därmed kunde välja ett material som var tillräckligt slitstarkt för att klara av den extra påfrestningen vid längdhopp. Den nya L-formade leden blev stelare och mer motståndskraftig, samtidigt som den väger mindre. Den är därmed ett säkrare alternativ för idrottsmän.

”Det är tack vare vår mångåriga erfarenhet av att använda och förbättra dessa specialmaterial i rymden som vi kunnat tillverka leden i Czyzs protes”, säger Schmidt.

Träning

Czyz berättade även för MST att han hade svårt att fästa protesen på benet. ”Benstumpen är olika stor beroende på hur jag mår. Det gör att det är svårt att fästa protesen. Det har till och med hänt att den fallit av under träning.”

Det europeiska hälsonätverket har skapats av ESA för att utveckla, främja och kommersialisera hälsovård baserad på rymdforskning och utveckling. Efter diskussioner med det europeiska astronautcentrumet EAC, föreslog chefen för hälsonätverket, Filippo Ongaro, att man skulle använda en elektrisk muskelstimulator, PEMS (Percutaneous Electrical Muscle Stimulator), för att öka Czyz muskelmassa och undvika att musklerna förtvinar ytterligare.

Det schweiziska företaget Syderal har utvecklat och tillverkat PEMS för att förhindra mikrogravitationens verkningar på astronauter, i synnerhet att musklerna förtvinar och bieffekter som att skelettet försvagas och försämrad hjärt-kärl-funktion. PEMS I var med på rymdstationen 1996 och PEMS II ska levereras till ISS i maj nästa år.

I juni i år levererade ESA:s avdelning för bemannade rymdfärder PEMS II-apparaten för att hjälpa Czyz att öka muskelmassan. Apparaten installerades på det tyska idrottsuniversitetet (DSHS) i Köln. Träningen leddes av professor Narici från Manchester University, som tidigare bedrivit forskning med hjälp av PEMS I och II, samt doktor Zange från den tyska rymdorganisationen DLR:s institut för rymdmedicin. De fick även hjälp av doktor Scheider och doktor Abel från institutionen för motorik och rörelseteknik på DSHS och professor Maffulli från Keele University School of Medicine. DLR byggde också upp en testanläggning i Köln Porz.

”Jag tränade med PEMS i tio veckor. Det förbättrade benets muskelmassa och nu har jag inte längre svårt att få protesen att passa. Benet har samma muskelmassa även när jag inte mår bra”, säger Czyz.

Czyz använde träningskläder som skapats av italienska Grado Zero Espace. I kläderna finns ett slags membran med ett inbyggt minne för former. Membranet består av en polymer som annars används i rymden som skum för hoppfällbara hjul på planetsonder, samt för utfällbara rymdkonstruktioner.

Längdhopp är det Czyz brinner för, men han hoppas även på medaljer i 100 och 200 meter löpning. ”Det känns nervöst att vara med i olympiska spelen. Det är inte samma sak som att hoppa hemma. Jag slog världsrekordet med ett hopp på 5,85 meter 2003. Tack vare de nya delarna i protesen kan jag hoppa 20 centimeter längre. Förhoppningsvis kan jag komma över 6 meter och slå det olympiska rekordet i Aten.”