Parajuoksijoiden proteesit teknillisen mekaniikan näkökulmasta

Abstract

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena on tarkastella proteeseja teknillisen mekaniikan näkökulmasta. Pääpaino on proteesien mekaanisilla ominaisuuksilla. Käsiteltäviä asioita työssä ovat juoksemiseen tarkoitetut proteesit, juoksemisen mekaniikka ja mallintaminen, proteeseja käyttävän juoksijan biomekaniikka ja proteesien mekaaniset ominaisuudet. Juoksemista voidaan mallintaa usealla eri tavalla, joten sen mallintamisesta käydään läpi vain yleisin mallintamistyyli eli jousi-massa -malli.

Proteesien mekaaniset ominaisuudet eivät ole valmistajien toimesta julkisesti tarjolla. Näitä on kuitenkin selvitetty testaamalla proteeseja käytössä ja mittaamalla ulkoisia kuormituksia. Toinen vaihtoehto on selvittää proteesiin kohdistuvat voimat ja laskea niiden sisäisiä ja ulkoisia voimia. Proteesien ominaisuuksia voidaan selvittää myös esimerkiksi elementtimenetelmien avulla. Tärkein proteesien mekaaninen ominaisuus on niiden jäykkyys. Jäykkyyden on todettu vaikuttavan suoraan juoksunopeuteen.

Tutkimusmetodi tässä kandidaatintyössä on kirjallisuuskatsaus. Tavoitteena työlle on selvittää proteesien ominaisuuksien ja juoksemisen mekaniikan olennaiset asiat. Samalla vertaillaan proteesia käyttävän urheilijan mekaniikkaa vammattoman urheilijan mekaniikkaan.

The purpose of this bachelor’s thesis is to examine prostheses from engineering mechanics point of view. The focus is on the mechanical properties of prostheses. Issues covered in the work include prostheses intended for running, mechanics and modelling of running, bio-mechanics of runners using prostheses and mechanical properties of prostheses. Running can be modeled in several different ways and, thus, only the most common spring-mass model is reviewed.

The mechanical properties of the prostheses are not publicly available by the manufacturers. However, these properties have been clarified by testing prostheses in use measuring external loads. Another option is to find out the forces acting on the prosthesis and calculate their internal and external forces. The properties of prostheses can also be determined using element methods. The most important information that has been studied about prostheses is their stiffness, which has been found to have a directly affect running speed.

The research method in this bachelor’s thesis is a literature review and the goal of the work is to find out the essential issues of the properties of prostheses and mechanics of running. At the same time, the mechanics of an athlete using a prosthesis are compared with the mechanics of an uninjured athlete.