Analisi Biomeccanica delle Protesi a Lama nei 100 Metri Piani: Confronto Funzionale tra Arto Protesico e Arto Biologico

Running-Specific Prostheses (RSPs), carbon fibre blade prostheses designed for running, have transformed Paralympic athletics and raised fundamental questions about the relationship between natural and artificial biomechanical function. This review-based thesis investigates the extent to which RSPs replicate the mechanics of the biological limb during sprinting, and what kinetic and structural differences distinguish the two systems. The analysis is structured on three levels. On the **analytical modelling** level, the spring-mass model is adopted as the reference framework together with its in-series spring extension for amputee athletes, showing that prosthetic stiffness dominates the overall limb mechanics. On the **structural** level, the study examines how prosthesis geometry — shape, curvature, thickness — determines stiffness and the force-displacement response, with finite element analyses that classify the mechanical behaviours into linear, *hardening*, and *stepy* responses, and with shape optimisation strategies that enable the design of customised mechanics. On the **kinetic comparison** level, the differences between prosthetic and biological limbs are quantified: the RSP limb generates vertical ground reaction forces 9–19% lower than the intact limb, compensating for the deficit through increased contact times and reduced aerial times. The overall evidence indicates that the blade prosthesis restores a locomotor function similar to that of the biological limb, while operating through a substantially different mechanics characterised by the absence of active stiffness modulation. Finally, the limitations of current technology and the need for standardisation in mechanical testing protocols are discussed.

Le Running-Specific Prostheses (RSP), protesi a lama in fibra di carbonio progettate per la corsa, hanno trasformato l'atletica paralimpica e sollevato interrogativi fondamentali sulla relazione tra funzione biomeccanica naturale e artificiale. Il presente lavoro compilativo analizza in che misura le RSP replichino la meccanica dell'arto biologico nella corsa veloce, e quali differenze cinetiche e strutturali distinguano i due sistemi. L'analisi si articola su tre livelli. Sul piano dei **modelli analitici**, si adotta il modello massa-molla come framework di riferimento e la sua estensione a molle in serie per l'atleta amputato, mostrando come la rigidezza protesica domini la meccanica complessiva dell'arto. Sul piano **strutturale**, si esamina come la geometria della protesi — forma, curvatura, spessore — determini la rigidezza e la risposta forza-spostamento, con analisi agli elementi finiti che classificano i comportamenti meccanici in risposte lineari, *hardening* e *stepy*, e con strategie di ottimizzazione di forma che consentono la progettazione di meccaniche personalizzate. Sul piano del **confronto cinetico**, si quantificano le differenze tra arto protesico e biologico: l'arto con RSP genera forze di reazione al suolo verticali inferiori del 9–19% rispetto all'arto intatto, compensando il deficit con tempi di contatto prolungati e tempi di volo ridotti. L'evidenza complessiva indica che la protesi a lama restituisce una funzione locomotoria simile a quella dell'arto biologico, pur operando attraverso una meccanica sostanzialmente differente, caratterizzata dall'assenza di modulazione attiva della rigidezza. Si discutono infine i limiti della tecnologia attuale e la necessità di standardizzazione nei protocolli di test meccanico.