Romteknologi i Paralympics

Czyz mistet en del av sitt venstre ben i en sportsulykke for tre år siden, og for å fortsette å dyrke sin lidenskap for “alt som har med sport å gjøre”, måtte han begynne å bruke en protese.

“Jeg hadde et stort problem med den gamle protesen, nemlig at koblingsleddet mellom kneet og leggen ofte brakk under lengdesprang", forklarer han. Dette var ikke bare et praktisk problem. Det som var enda verre var at det skapte en psykologisk barriere. “Under trening var jeg alltid bekymret for at den kunstige foten min ikke skulle holde, og jeg visste aldri hvor langt jeg kunne presse meg selv og protesen i hoppene."

Rommaterialer ble løsningen

De fleste som har et handikap må ta til takke med "standardproteser" for hverdagsbruk, og det er et svært begrenset marked for spesiallagde komponenter for sportsaktiviteter. De standardprotesene som brukes av idrettsutøvere kan optimaliseres ved å gjøre dem lettere og utforme dem spesielt for de belastningsforholdene som kan oppstå i konkurranseidrett.

ESAs Technology Transfer and Promotion Office, sammen med MST Aerospace, som er den tyske megleren for teknologioverføring i ESAs Technology Transfer-nettverk, ble oppmerksomme på idrettsutøverens problem gjennom programmer på tysk TV og artikler i pressen. Etter noen møter med Czyz for å identifisere de viktigste teknologiske behovene, ble ESA og MST enige om å se på problemet.

"Målet", sier Pierre Brisson, leder for ESAs Technology Transfer and Promotion Office "var å finne løsninger basert på romteknologi for uføre, både for å hjelpe dem med å delta i sport på konkurransenivå og for å gi dem en bedre livskvalitet."

Sammen med Wojtek Czyz ble tre områder der det trengtes forbedringer identifisert: selve den kunstige kroppsdelen, festeanordningen og treningsforholdene.

Gjennom biomedisinske prosedyrer ble det fastslått hvilke deler av protesene som kunne forbedres med henblikk på løping og hopping, og det ble klart at hovedproblemet lå i kneleddet, dvs. den L-formede braketten mellom det kunstige kneet og karbonkonstruksjonen som den kunstige leggen består av.

På vegne av ESA tok MST kontakt med ISATEC, et tysk selskap med erfaring i bruk av høyteknologiske materialer i romprosjekter, deriblant aluminiumslegeringer med høy styrke, titan og karbonfiberarmert plast (CFRP). Dette selskapet konstruerer og analyserer strukturer i karbonfiberarmert plast som brukes til rakettmotorer og AMS-eksperimentet (Alpha Magnet Spectrometer) på Den internasjonale romstasjonen. AMS er en detektor som er konstruert for utenomjordiske undersøkelser av antimaterie, materie og mørk materie. Ved å bruke de samme teknikkene og den samme ekspertisen, har ISATEC analysert og optimalisert den L-formede braketten slik at protesen egner seg bedre for bruk i konkurranseidretter.

"Detaljerte analyser antydet ulike løsninger avhengig av den aktuelle idretten, hver optimalisert for et bestemt bruksområde" forklarer Johannes Schmidt, prosjektleder hos MST. "For sprint ble det utviklet en brakett av en svært sterk aluminiumslegering - det samme materialet som ESA har brukt i AMS-eksperimentet."

"For lengdesprang er situasjonen en annen, så vi utviklet en komposittbrakett av lag med karbonbasert fiber og veving", fortsetter Johannes Schmidt. "Etter tilbakemeldinger fra idrettsutøveren ble den første versjonen endret, og en mykere andre versjon ble konstruert."

Den lagvise belastningsanalysen som ble utført på mer enn 40 ensrettede og vevde sjikt var spesielt viktig, siden den sikret at det valgte materialet var sterkt nok for den ekstra belastningen under lengdesprang. Den nye stivere og mer motstandsdyktige L-formede braketten er både lettere og sterkere, og gir idrettsutøveren bedre sikkerhet under trening og konkurranser.

"Mange års arbeid med å optimalisere disse materialene for bruk i rommet gjorde det mulig å produsere braketter med denne kvaliteten og disse egenskapene for protesen som Czyz bruker" sier Schmidt.

Trening

Czyz fortalte også MST at han alltid hadde problemer med å feste protesen til benet. "Avhengig av min generelle helsetilstand, kan størrelsen på stumpen være bredere eller smalere, og det gjør det vanskelig å feste prostesen skikkelig. Protesen har til og med falt av noen ganger under treningen."

Etter samtaler med European Astronaut Centre (EAC) og Det europeiske helsenettverket, som ble opprettet av ESA for å utvikle, fremme og kommersialisere løsninger for helsevesenet basert på forsknings- og utviklingsarbeid innen romvirksomhet, ble en løsning skissert. Lederen for ESAs helsenettverk, Filippo Ongaro, foreslo å bruke en perkutan elektrisk muskelstimulator (PEMS) for å forhindre videre muskelatropi og øke muskelmassen.

PEMS ble utviklet og produsert av det sveitsiske selskapet Syderal for å forhindre virkningene av mikrogravitasjon på astronauter, spesielt muskelatropi og svekkelse av skjelettet og hjerte/kar-systemet. I 1996 var PEMS I med på romfergen, og PEMS II skal etter planen leveres til romstasjonen i mai neste år.

I juni i år kunne ESAs direktorat for bemannet romfart levere treningsapparatet PEMS II, og det ble installert på den tyske Idrettshøyskolen i Köln (DSHS) for å hjelpe Czyz med å øke muskelmassen og redusere atropi i benet. Treningen ble veiledet av professor Narici ved Universitetet i Manchester, som allerede har utført intens forskning med PEMS I og II, dr. Zange ved Institutt for fly- og rommedisin ved det tyske fly- og romsenteret DLR, med hjelp fra dr. Scheider og dr. Abel ved Institutt for motorisk kontroll og bevegelsesteknikk ved DSHS, dessuten professor. Maffulli ved Universitetet i Keele, School of Medicine. DLR hadde også testanlegg til disposisjon i Köln Porz.

"Jeg kunne trene i 10 uker med PEMS. Dette bedret muskelmassen i benet mitt så mye at problemene med å feste protesen forsvant. Selv når jeg ikke føler meg bra, er muskelmassen i benet den samme", sier Czyz.

Under treningen brukte idrettsutøveren en treningsdrakt som er utviklet av det italienske Grado Zero Espace, og som bruker en membran med formhukommelse, basert på et polymer brukt i rommet som skum til sammenfellbare hjul på planet-kjøretøy og til strukturer som kan brukes i rommet.

Czyz håper også på medaljer i 100 m og 200 m sprint, men hovedlidenskapen er lengdesprang. "Deltakelse i de olympiske lekene vil bli en stor nervepåkjenning. Det er noe helt annet enn å konkurrere på hjemmebane. I 2003 satt jeg ny verdensrekord med et hopp på 5,85 meter, og med de nyutviklede delene i protesen har hopplengden min økt med 20 cm. Forhåpentligvis kan jeg sette ny olympisk rekord i Athen ved å passere 6 m."