مع نمو الطباعة ثلاثية الأبعاد ، أصبح من الممكن تمامًا طباعة الأطراف الاصطناعية ثلاثية الأبعاد من النماذج الموجودة في قواعد البيانات مفتوحة المصدر.
لكن هذه النماذج تفتقر إلى واجهات المستخدم الإلكترونية المخصصة مثل تلك الموجودة في الأطراف الصناعية الحديثة والمكلفة.
الآن ، حقق أستاذ بجامعة فرجينيا للتكنولوجيا وفريقه متعدد التخصصات من الباحثين الطلاب الجامعيين نجاحات كبيرة في دمج المستشعرات الإلكترونية مع الأطراف الاصطناعية ذات الطباعة ثلاثية الأبعاد المخصصة - وهو تطور يمكن أن يؤدي في يوم من الأيام إلى أطراف اصطناعية تعمل بالكهرباء بأسعار معقولة.
اتخذ هذا البحث المنشور حديثًا من مختبر بليك جونسون ، الأستاذ المساعد في جامعة فرجينيا للتكنولوجيا في الهندسة الصناعية وهندسة النظم ، خطوة إلى الأمام في تحسين وظائف الأنظمة القابلة للارتداء المطبوعة ثلاثية الأبعاد.
من خلال دمج المستشعرات الإلكترونية عند التقاطع بين الطرف الاصطناعي والنسيج الذي يرتديه ، يمكن للباحثين جمع المعلومات المتعلقة بوظيفة الطرف الاصطناعي والراحة ، مثل الضغط عبر أنسجة مرتديها ، والتي يمكن أن تساعد في تحسين التكرارات الإضافية لهذه الأنواع من الأطراف الصناعية.
يمكن أيضًا أن يمهد دمج المواد في مناطق تركيب النماذج للأطراف الاصطناعية المطبوعة ثلاثية الأبعاد عبر تقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد المطابقة ، بدلاً من التكامل اليدوي بعد الطباعة ، الطريق لفرص فريدة في مطابقة صلابة أنسجة مرتديها ودمج أجهزة الاستشعار في مختلف مواقع عبر واجهة تركيب النموذج. على عكس الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية التي تتضمن ترسيب المواد بطريقة طبقة تلو الأخرى على سطح مستو ، تسمح الطباعة ثلاثية الأبعاد المطابقة بترسيب المواد على الأسطح المنحنية والأشياء.
وفقًا لـ Yuxin Tong ، طالب دراسات عليا في الهندسة الصناعية والنظم والمؤلف الأول للدراسة المنشورة ، فإن الهدف النهائي هو إنشاء ممارسات وعمليات هندسية يمكن أن تصل إلى أكبر عدد ممكن من الأشخاص ، بدءًا من محاولة المساعدة في تطوير طرف اصطناعي لشخص واحد. في سن المراهقة المحلية.
قال تونغ: "نأمل أن يتمكن كل والد من متابعة الوصف الوارد في الورقة البحثية التي نشرناها وتطوير يد اصطناعية شخصية منخفضة التكلفة لطفله أو طفلها".
لتطوير الأطراف الصناعية المدمجة مع المستشعرات الإلكترونية ، بدأ الباحثون ببيانات المسح ثلاثي الأبعاد ، والتي تشبه التقاط الصور بزوايا مختلفة للحصول على الشكل الكامل للجسم - في هذه الحالة ، قالب من طرف المراهق.
ثم استخدموا بيانات المسح ثلاثي الأبعاد لتوجيه عملية دمج المستشعرات في التجويف المناسب للشكل للأطراف الاصطناعية باستخدام تقنية طباعة ثلاثية الأبعاد مطابقة.
العملية التي طورها فريق البحث سوف تفسح المجال لمزيد من التطبيقات في الطب الشخصي وتصميم الأنظمة القابلة للارتداء.
"إضفاء الطابع الشخصي وتعديل خصائص ووظائف واجهات النظام القابلة للارتداء باستخدام المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد والطباعة ثلاثية الأبعاد يفتح الباب أمام تصميم وتصنيع تقنيات جديدة للمساعدة البشرية والرعاية الصحية بالإضافة إلى فحص الأسئلة الأساسية المرتبطة بوظيفة وراحة الأنظمة القابلة للارتداء قال جونسون.
استلهم بحث جونسون عن الأيدي الاصطناعية عندما علم عن ابنة زميله ، جوزي فراتيشيلي ، التي كانت تبلغ من العمر 12 عامًا آنذاك ، والتي ولدت بمتلازمة الشريط الأمنيوسي. أثناء وجودها في الرحم ، توقف نمو يدها. تقيد العصابات التي تُحيط بالجنين التي تشبه الأوتار تدفق الدم وتؤثر على نمو اليد اليمنى ، مما تسبب في نقص التكوين خارج مفاصل الأصابع.
استخدم جونسون خبرته البحثية ذات الصلة في التصنيع الحيوي الإضافي وفريق من الباحثين الجامعيين متعددي التخصصات لطباعة 3D باليد الإلكترونية لـ Fraticelli التي ستصبح أساس البحث المنشور الآن.
أثناء عملهم مع Fraticelli ، استمروا في تعديل النموذج الأولي للأطراف الصناعية من خلال تطوير تقنيات تصنيع مضافة جديدة من شأنها أن تسمح بملاءمة أفضل مع كف Fraticelli ، مما يخلق جهازًا اصطناعيًا أكثر راحة وملاءمة للشكل.
لقد تحققوا من أن إضفاء الطابع الشخصي على الطرف الاصطناعي زاد من الاتصال بين أنسجة Fraticelli والطرف الاصطناعي بنحو أربعة أضعاف مقارنة بالأجهزة غير الشخصية. ساعدتهم منطقة التلامس المتزايدة هذه على تحديد مكان نشر مصفوفات أقطاب الاستشعار لاختبار توزيع الضغط ، مما ساعدهم على تحسين التصميم بشكل أكبر.
أجريت تجارب الاستشعار باستخدام طرفين صناعيين مخصصين مع وبدون استشعار مصفوفات الأقطاب الكهربائية. من خلال إجراء هذه التجارب مع Fraticelli ، وجدوا أن توزيع الضغط كان مختلفًا عندما قامت بإرخاء يدها مقابل إمساكها في وضع مرن.
قال تونغ: "لا يزال عدم التوافق بين الجلد الناعم والواجهة الصلبة يمثل مشكلة من شأنها تقليل التوافق". "قد تفتح صفيفات أقطاب الاستشعار منطقة جديدة أخرى لتحسين تصميم الأطراف الاصطناعية من منظور توزيع توازن أفضل للضغط."
بشكل عام ، تشعر فراتيشيلي أن الجهاز التعويضي الشخصي الجديد يحسن من مستوى راحتها. نظرًا لأن يدها ناعمة وقابلة للتغيير في أوضاع مختلفة وأن المادة الاصطناعية صلبة وثابتة ، فقد يستمر مستوى التوافق في التغيير.
لا يزال لدى الأطراف الصناعية المخصصة مساحة للتحسين ، وسيواصل فريق جونسون البحث وتطوير تقنيات جديدة في التصنيع الإضافي لإدخال تحسينات على الأجهزة الإلكترونية القابلة للارتداء.
تم دعم هذا البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم (قسم التعليم الجامعي) ومجلس المهندسين الطلابيين بجامعة فرجينيا تك ؛ برنامج أبحاث الدراسات العليا متعدد التخصصات في هندسة الأنسجة الحاسوبية ؛ ومعهد الإبداع والفنون والتكنولوجيا.
احصل على آخر الأخبار العلمية من خلال النشرات الإخبارية المجانية عبر البريد الإلكتروني من ScienceDaily ، والتي يتم تحديثها يوميًا وأسبوعيًا. أو اعرض موجز الأخبار المحدث كل ساعة في قارئ RSS الخاص بك:
أخبرنا برأيك في ScienceDaily - نرحب بالتعليقات الإيجابية والسلبية. لديك أي مشاكل في استخدام هذا الموقع؟ أسئلة؟
الوقت ما بعد: 14 أبريل 2019