Bộ khung xương gắn chân hỗ trợ bệnh nhân đột quỵ có thể đi lại bình thường

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Carnegie Mellon và Bắc Carolina đã cùng nhau hợp tác phát triển bộ khung xương chân giúp những người bị suy yếu cơ do chấn thương cột sống hoặc đột quỵ có khả năng đi lại bình thường. Dù có cấu tạo cực kỳ đơn giản, nhưng theo thông tin công bố trên tạp chí Nature mới đây thì hệ thống của nhóm nghiên cứu có thể giảm tới 7% năng lượng cần thiết khi đi bộ, đồng thời có giá thành rẻ và dễ áp dụng hơn so với những phiên bản khung xương hỗ trợ binh lính do DARPA phát triển trước đây.

Như đã nói ở trên, hệ thống hỗ trợ đi lại do 2 đại học phát triển chỉ có kích thước tương tự như một đôi ủng, trọng lượng nhẹ, dễ sử dụng và đặc biệt là có thể vận hành mà không cần pin. Chính những đặc điểm này cho phép người ta có thể sản xuất hàng loạt với giá thành rẻ để nhiều người có thể tiếp cận hơn. 2 đồng tác giả của nghiên cứu, tiến sĩ Greg Sawicki và phó giáo sư kỹ thuật y sinh Steven Collins đã lấy cảm hứng từ hoạt động cơ học của mắt cá chân con người để tạo nên "chiếc ủng" độc đáo này.

Phó giáo sư Collins cho biết: "Khớp mắt cá chân của con người là nguồn năng lượng chủ yếu tạo nên dáng đi cho con người. Đa phần năng lượng của chân được cung cấp bởi hệ thống cơ và dây chằng xung quanh mắt cá chân." Do đó, chiến lược của các nhà nghiên cứu là tiếp thêm năng lượng đẩy vào đúng thời điểm mắt cá chân phát lực đẩy chân nhấc khỏi mặt đất.

Qua quá trình phân tích nhiều hình ảnh siêu âm của chuyển động chân, 2 nhà nghiên cứu đã nắm bắt được cách cơ bắp chân và gân gót phối hợp với nhau trong quá trình chuyển động. Một cách nôm na, cơ bắp chân hoạt động với cơ chế tương tự như hệ thống ly hợp trong xe hơi. Khi bàn chân nằm trên mặt đất, cơ bắp chân sẽ khóa lại và giữ chặt 1 đầu gân gót. Sợi gân lúc này sẽ trở thành một chiếc lò xo bị nén lại, khi chân bước đi, cơ bắp chân giữ cho gân gót dãn ra và cuối cùng cơ nhả ra và gân sẽ nén lại.

Và nhóm đã bắt chước cơ chế này để tạo ra bộ khung xương. "Về cơ bản, chúng tôi chỉ sao chép cơ chế ly hợp/lò xo và chế tạo nó thành một bộ khung sợi carbon." Cứ mỗi bước chân, bộ khung xương bên ngoài sẽ chuyển động đồng bộ giống hệt như bên trong đễ hỗ trợ người bước đi. Cũng do đó, toàn bộ hệ thống không cần sử dụng động cơ, nhưng vẫn giúp bổ sung thêm năng lượng, giảm tới 7% năng lượng dành cho hoạt động đi bộ. Theo tiến sĩ Sawicki, con số 7% năng lượng tiết kiệm được tương đương với giảm 14,8 kg tải trọng.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu cho rằng họ có thể dùng bộ khung xương chân để giúp những bệnh nhân khó tự đi lại hoặc giúp các vận động viên leo núi, đi bộ có thể tăng cường quãng đường luyện tập mỗi ngày. Hoặc những người lớn tuổi, cơ bắp đã bị lão hóa có thể tự duy trì hoạt động của họ mỗi ngày. Dĩ nhiên, các nhà nghiên cứu vẫn cần phải tiếp tục nghiên cứu nhằm tìm hiểu tác động của việc sử dụng bộ xương trong thời gian dài. Nhóm hy vọng răng phiên bản thương mại của bộ xương sẽ có giá vào khoảng vào trăm đến vài nghìn đô la - rẻ hơn rất nhiều so với những bộ khung xương đã được phát triển trước đây với giá từ 40 đến 80 ngàn đô la.