Rumteknologi ved Paralympiaden
Ved Paralympiaden 2004 i denne uge vil Wojtek Czyz, verdensrekordindehaveren i længdespring, sætte sin lid til rumteknologi, som skal hjælpe ham med at vinde sin første OL-medalje. Til konkurrencen vil dele af den protese, han bærer, være fremstillet af materialer designet til brug i rummet for at gøre den både stærkere og lettere.
Czyz mistede noget af venstre ben i en sportsulykke for 3 år siden, og for at kunne fortsætte sin lidenskab for "alt hvad der har med sport at gøre" var han nødt til at bruge en protese.
"Jeg havde et stort problem med min gamle protese, fordi vinkelstykket mellem knæet og underbensfjederen ofte gik i stykker, når jeg sprang længdespring", forklarer han. Det var ikke blot et praktisk problem, hvad værre var, det skabte en psykologisk blokering. "Når jeg trænede, var jeg altid bange for, at det kunstige ben ikke ville holde, og jeg vidste aldrig, hvor langt jeg kunne presse mig selv og protesen under et spring".
Rummaterialer kommer til hjælp
De fleste handicappede skal klare sig med "standard"-proteser til daglig, og der er et meget lille marked for skræddersyede dele til brug i forbindelse med sportsaktiviteter. Atleternes standardproteser kunne optimeres yderligere for at gøre dem lettere, og de kunne designes i henhold til de belastningsbetingelser, man møder i konkurrencesport.
ESAs Technology Transfer and Promotion Office og MST Aerospace, den tyske teknology transfer-mægler, der styrer ESAs Technology Transfer Network, blev opmærksomme på atletens problem gennem reportager på tysk tv og i dagspressen. Efter at have mødtes med Czyz for at identificere hans væsentligste teknologiske behov blev ESA og MST enige om at se på problemet.
"Vores mål", siger Pierre Brisson, Chef for ESAs Technology Transfer and Promotion Office "var at finde løsninger baseret på rumteknologier som en hjælp til handicappede, så de kan deltage i sport på konkurrenceniveau og samtidig opnå en bedre livskvalitet".
Sammen med Wojtek Czyz har man identificeret tre områder, der kunne forbedres: selve den kunstige legemsdel, tilpasningen og træningsbetingelserne.
Biomedicinske procedurer afgjorde, hvilke dele af protesen, der kunne forbedres til løb og spring, og det blev klart, at det største problem var knæledselementet, nemlig det L-formede beslag mellem det kunstige knæ og kulstofdelen, der erstatter underbenet.
På vegne af ESA kontaktede MST det tyske firma ISATEC med erfaring i brugen af højtydende materialer i rumprojekter som for eksempel superstærke aluminiumlegeringer, titanium og kulfiberforstærkede plastmaterialer (CFRP). Dette firma designer og analyserer strukturer i CFRP anvendt i raketmotorer og i eksperimentet med Alpha Magnet Spectrometer (AMS) på den internationale rumstation (ISS). AMS er en detektor designet til studiet af antistof, stof og såkaldt mørkt stof uden for Jorden. Ved hjælp af samme teknikker analyserede og optimerede ISATEC det L-formede beslag for at forbedre det kunstige ben til brug i konkurrencesport.
"Detaljerede analyser førte til forskellige løsninger til forskellige sportsgrene, hver af dem optimeret til en specifik anvendelse", forklarer Johannes Schmidt, Project Manager hos MST. "Til løb blev der udviklet et beslag af en superstærk aluminiumlegering, som var det materiale, ESA anvendte i sit AMS-eksperiment".
"Til længdespring er situationen anderledes, og der blev lavet et beslag af en blanding af kulfibre og stoflag", fortsætter Johannes Schmidt. "Efter feedback fra atleten blev første udgave ændret, og man fremstillede en blødere anden udgave".
Den lag-for-lag analyse af belastningen, der blev udført på mere end 40 ensrettede stoflag var specielt vigtig, da den sikrede, at det valgte materiale til beslaget var stærkt nok til at modstå den ekstra belastning under et længdespring. Det nye, stivere og mere modstandsdygtige L-formede beslag er både lettere og stærkere og giver atleterne en større sikkerhed under træning.
"Kun mange års arbejde med anvendelse og optimering af disse materialer til brug i rummet gjorde det muligt at fremstille dette højtydende beslag til Czyz's protese", siger Schmidt.
Træning
Czyz fortalte også MST, at han altid havde problemer med at sætte protesen på sit ben. "Afhængigt af min generelle helbredstilstand kan min benstump blive smallere eller bredere, hvilket gør det vanskeligt at fæstne protesen sikkert. Den er oven i købet faldet af nogle gange under træning".
Efter diskussioner mellem European Astronaut Centre (EAC) og European Healthcare Network, der er oprettet af ESA til udvikling, fremme og markedsføring af resultater fra rumforskning og udvikling med en positiv indvirkning på helbred og velvære, foreslog lederen af ESA Healthcare Network, Filippo Ongaro, at man anvendte en Percutaneous Electrical Muscle Stimulator (PEMS) for at forhindre yderligere muskelsvind og øge muskelmassen.
PEMS blev udviklet og fremstillet af det schweiziske firma Syderal for at forhindre virkningerne af vægtløshed på astronauter, i særdeleshed muskelsvind og medfølgende virkninger som mineralisering af knogler og kardiovaskulær svækkelse. I 1996 var PEMS I med om bord på rumfærgen, og PEMS II forventes at blive leveret til ISS til maj næste år.
I juni i år leverede ESAs Human Spaceflight Directorate PEMS II træningsenheden, og den blev installeret på det tyske sportsuniversitet i Køln (DSHS) for at hjælpe Czyz til at øge sin muskelmasse og mindske muskelsvindet i benet. Træningen blev forestået af Professor Narici fra University of Manchester, der allerede udførte intensiv forskning i forbindelse med PEMS I og II, Dr Zange fra Institute of Aerospace Medicine ved det tyske rumforskningscenter (DLR) og med støtte fra Dr Scheider og Dr Abel fra Institute of Motor Control and Movement Technique ved DSHS, og endelig Prof. Maffulli fra 3333 Keele University School of Medicine. DLR stillede ligeledes testfaciliteter til rådighed i Køln Porz.
"Jeg fik mulighed for at træne i 10 uger med PEMS. Det øgede muskelmassen i mit ben så meget, at jeg ikke længere har problemer med at få protesen til at sidde. Selv når jeg ikke er på toppen, forbliver muskelmassen i mit ben uforandret", siger Czyz.
Til træningsbrug anvendte atleten en træningsdragt udviklet af det italienske Grado Zero Espace, der anvendte en faconhukommelsesmembran baseret på et polymer, der også anvendes i rumsammenhæng som skum til sammenklappelige hjul på rovere samt til strukturer til udfoldelse i rummet.
Czyz håber også på medaljer i 100 m og 200 m løb, men hans største kærlighed er længdespring. "At deltage i OL bliver et nervepres, for det er ikke det samme som at springe derhjemme. I 2003 slog jeg verdensrekorden med et spring på 5,85 m, og med de nydesignede dele i protesen har jeg øget min springlængde med 20 cm. Forhåbentlig kan jeg sætte en ny olympisk rekord ved at passere 6 m".
