Space-tech alle Paralimpiadi

Tre anni fa Czyz ha perso parte della gamba sinistra in un incidente di gara, quindi per poter coltivare ancora la sua passione per “tutto ciò che ha a che fare con lo sport” ha dovuto adattarsi a utilizzare una protesi.

“Con la protesi precedente avevo dei grossi problemi," spiega l'atleta, “perché l'articolazione tra il ginocchio e la molla della gamba spesso si rompeva quando facevo salto in lungo". Questo non era solo un problema pratico, ma soprattutto creava una barriera psicologica. “Quando mi allenavo avevo sempre paura che la gamba artificiale non tenesse, quindi non riuscivo a capire fino a che punto potevo spingermi e forzare la protesi durante il salto".

L'aiuto dei materiali spaziali

La maggior parte dei disabili deve affidarsi a protesi standard fatte per l'uso quotidiano, infatti il mercato dei componenti appositamente studiati per lo sport è molto limitato. Le normali protesi utilizzate dagli atleti potrebbero essere ottimizzate riducendone il peso e progettate per le condizioni di carico tipiche delle competizioni sportive.

L'ESA Technology Transfer and Promotion Office, unitamente a MST Aerospace, l'operatore tedesco che gestisce la rete di trasferimento tecnologico di ESA, è venuto a conoscenza del problema dell'atleta attraverso i reportage della televisione tedesca e dei giornali. Dopo avere preso contatto con Czyz per individuare le sue esigenze principali dal punto di vista tecnologico, ESA e MST hanno deciso di occuparsi del problema.

"L'obiettivo," afferma Pierre Brisson, Capo del Technology Transfer and Promotion Office dell'ESA, "era quello di individuare delle soluzioni basate sulla tecnologia aerospaziale per aiutare i disabili sia a partecipare ad attività sportive a livello agonistico, sia in generale a migliorare la loro qualità di vita".

Assieme a Wojtek Czyz sono state identificate tre aree di possibile miglioramento: l'arto artificiale stesso, la calzata e le condizioni di allenamento.

Le procedure biomediche hanno determinato le parti della protesi che potevano essere migliorate per la corsa e il salto ed è subito apparso chiaro che il problema principale era rappresentato dall'articolazione del ginocchio, cioè la staffa a L tra il ginocchio artificiale e la flangia di carbonio che rimpiazza la gamba.

Per conto di ESA, MST ha contattato ISATEC, un'azienda tedesca esperta nell'impiego di materiali ad alte prestazioni nei progetti spaziali, come leghe d'alluminio ad alta resistenza, titanio e materie plastiche rinforzate con fibra di carbonio (CFRP). Questa azienda progetta e analizza strutture in CFRP usate per i motori dei razzi e per l'esperimento dello Spettrometro Magnetico Alfa (AMS) sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). L'AMS è un rilevatore progettato per lo studio extraterrestre dell'antimateria, della materia e della materia oscura. Basandosi sulle stesse tecniche e sulla sua esperienza, ISATEC ha analizzato e ottimizzato la staffa a L per migliorare l'uso dell'arto artificiale nelle competizioni sportive.

"Le analisi effettuate hanno suggerito soluzioni diverse per i diversi sport", spiega Johannes Schmidt, Project Manager di MST. "Per la corsa veloce è stata messa a punto una staffa in lega d'alluminio ad alta resistenza, lo stesso materiale impiegato da ESA nel suo esperimento AMS".

"Per il salto in lungo la questione è diversa, quindi è stata realizzata una staffa composita in fibra di carbonio con strati di tessuto," continua Johannes Schmidt. "Dopo aver avuto il feedback dell'atleta la prima versione è stata modificata ed è stata realizzata una seconda versione più morbida".

L'analisi delle sollecitazioni layer-by-layer eseguita su oltre 40 tessuti unidirezionali è stata particolarmente importante in quanto ha assicurato che il materiale selezionato per la staffa fosse abbastanza robusto per sostenere il carico supplementare durante il salto in lungo. La nuova staffa a L, pur essendo più rigida e resistente, è anche più leggera e più robusta, quindi gli atleti possono allenarsi con una sicurezza molto maggiore.

"Solo i tanti anni di lavoro per provare e ottimizzare questi materiali speciali per l'utilizzo nello spazio hanno reso possibile la produzione delle staffe ad alte prestazioni per la protesi di Czyz", afferma Schmidt.

Allenamento

Czyz inoltre aveva detto a MST di avere sempre problemi a calzare la protesi sulla gamba. "A seconda del mio stato di salute, le dimensioni del mio moncone possono allargarsi o restringersi, rendendo così difficoltoso un fissaggio sicuro della protesi. In alcuni allenamenti si è addirittura staccata".

Dopo aver trattato la questione con lo European Astronaut Centre (EAC) e lo European Healthcare Network, creati da ESA per sviluppare, promuovere e commercializzare soluzioni per la salute e il benessere derivate dalla ricerca aerospaziale. Il Direttore di ESA Healthcare Network, Filippo Ongaro, ha suggerito di utilizzare lo Stimolatore muscolare elettrico percutaneo (PEMS) per prevenire l'ulteriore atrofia muscolare e aumentare la massa muscolare.

Il PEMS è stato sviluppato e realizzato dalla società svizzera Syderal per prevenire gli effetti della microgravità sugli astronauti, segnatamente l'atrofia muscolare e gli effetti collaterali come la mineralizzazione delle ossa e il decondizionamento cardiovascolare. Nel 1996 il PEMS I ha volato sullo Space Shuttle mentre il PEMS II dovrebbe essere consegnato all'ISS il prossimo maggio.

Nel giugno di quest'anno lo Human Spaceflight Directorate di ESA ha fornito il dispositivo di allenamento PEMS II, che è stato installato al Centro universitario sportivo tedesco (DSHS) di Colonia per aiutare Czyz ad aumentare la sua massa muscolare e a limitare l'atrofia della gamba. Il training è stato guidato dal professor Narici dell'Università di Manchester, che aveva già svolto numerose ricerche con il PEMS I e II, dal dr. Zange dell'Istituto di medicina aerospaziale del Centro aerospaziale tedesco (DLR) supportato dal dr. Scheider e dal dr. Abel dell'Istituto del controllo motorio e della tecnica di movimento del DSHS, e dal prof. Maffulli della 3333 Keele University School of Medicine. Il DLR ha inoltre reso disponibili le infrastrutture per i test a Köln Porz.

"Ho potuto allenarmi per 10 settimane con il PEMS. Così ho potuto aumentare la massa muscolare della gamba e ora non ho più problemi a calzare la protesi. Anche quando la mia salute non è al meglio, la massa muscolare della gamba rimane uguale", afferma Czyz.

Per gli allenamenti l'atleta ha usato una tuta sviluppata dall'italiana Grado Zero Espace che utilizza una membrana "a memoria di forma" basata su un polimero impiegato nelle applicazioni spaziali come schiuma per le ruote collassabili dei veicoli di esplorazione planetaria e per strutture spaziali dispiegabili.

Czyz spera in una medaglia anche nei 100 m e nei 200 m ma la sua passione rimane il salto in lungo. "Partecipare alle Olimpiadi sarà stressante e non sarà certo come saltare a casa mia. Nel 2003 ho battuto il primato mondiale con un salto di 5,85 metri e con i nuovi componenti della protesi i miei salti sono aumentati di 20 cm. Ad Atene spero di stabilire il nuovo record olimpico superando i 6 m".