I. Bàn chân giả Tổng quan về công trình nghiên cứu
Công trình nghiên cứu tập trung vào thiết kế và chế tạo bàn chân giả đa chức năng với khớp linh hoạt, ứng dụng cơ cấu mềm. Đây là một đề tài cấp trường của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE), do TS. Phạm Huy Tuân chủ trì. Mục tiêu chính là tạo ra một sản phẩm cải thiện dáng đi cho người khuyết tật, cho phép thực hiện đồng thời các chuyển động co duỗi và lắc cổ chân, tích trữ và giải phóng năng lượng, hấp thụ xung lực và giảm chấn. Nghiên cứu này đóng góp vào việc giải quyết vấn đề thiết kế bàn chân giả thụ động, không sử dụng động cơ điện và hệ thống điều khiển phức tạp, hướng đến giải pháp có giá thành phù hợp.
1.1. Nghiên cứu chân giả trong và ngoài nước
Các nghiên cứu về bàn chân giả trên thế giới rất đa dạng, chia làm hai nhóm chính: sử dụng và không sử dụng năng lượng hỗ trợ. Công trình tập trung vào nhóm thứ hai. Một số nghiên cứu đáng chú ý bao gồm: 'Energy storing composite prosthetic foot' (James et al., 1993) sử dụng vật liệu carbon composite; 'Prosthetic foot having shock absorption' (Jeffray et al., 2003) tập trung vào khả năng hấp thụ lực; 'Prosthetic foot with energy transfer including variabl orifice' (Roland et al., 2008) có khả năng thay đổi độ cứng; và 'Manufacture of Energy Storage and Return Prosthetic Feet Using Selective Laser Sintering' (Brian et al., 2010) sử dụng phương pháp tạo mẫu nhanh. Ở Việt Nam, nghiên cứu về bàn chân giả còn hạn chế, chủ yếu tập trung vào các sản phẩm truyền thống hoặc nhập khẩu đắt tiền. Tuy nhiên, một số công trình như ống chân giả composite carbon của TS. Phan Văn An và khớp mắt cá chân bằng cơ cấu mềm của TS. Phạm Huy Tuân đã đạt được những kết quả khả quan. Công nghệ chân giả đang phát triển mạnh mẽ, hướng đến sự linh hoạt và tự nhiên hơn.
1.2. Chân giả đa chức năng Thiết kế và tối ưu hóa
Công trình đề xuất thiết kế bàn chân giả với khớp mắt cá linh hoạt sử dụng cơ cấu đàn hồi. Thiết kế này đáp ứng các chuyển động của chân, giảm chấn khi tiếp xúc gót, uốn khi chuyển pha giữa các giai đoạn bước, và xoay lật khi di chuyển trên địa hình phức tạp. Khớp mắt cá được thiết kế bằng cơ cấu đàn hồi, đơn giản, nhẹ và có khả năng dự trữ lực. Thuật toán tối ưu hóa được áp dụng để chọn độ cứng phù hợp cho từng vị trí. Việc tối ưu hóa giúp tạo ra khớp mắt cá chân giả có momen xoắn và xoay lắc phù hợp, gần giống với chân tự nhiên. Sử dụng cơ cấu mềm mang lại sự linh hoạt cao, kết cấu khối đồng chất đơn giản hóa thiết kế và chế tạo. Vật liệu chân giả, chủ yếu là POM (PolyOxyMethylene), được lựa chọn cẩn thận để đảm bảo độ bền và khả năng chịu lực. Sản xuất chân giả được thực hiện bằng máy phay CNC.
1.3. Chân giả HCMUTE Thử nghiệm và ứng dụng
Bàn chân giả được chế tạo và thử nghiệm khả năng tải trọng trong chu kỳ bước, kiểm nghiệm khả năng chịu tải trên máy kéo nén và thử nghiệm thực tế trên bệnh nhân tại Trung tâm Chỉnh hình phục hồi chức năng TP.HCM. Kết quả thử nghiệm cho thấy bàn chân giả đáp ứng được các yêu cầu về khả năng chịu lực, giảm chấn và linh hoạt. Ứng dụng chân giả này giúp người khuyết tật cải thiện dáng đi, giảm tiêu hao năng lượng, và tăng sự thoải mái khi di chuyển. Giá thành chân giả thấp hơn so với sản phẩm nhập khẩu là một ưu điểm đáng kể. Công trình đã được công bố tại các hội nghị quốc tế, góp phần vào sự phát triển của công nghệ y sinh và hỗ trợ người khuyết tật. Chăm sóc chân giả cần được hướng dẫn cụ thể để đảm bảo tuổi thọ và hiệu quả sử dụng. Bảo hành chân giả cũng là yếu tố cần được quan tâm.
