С разрастването на 3D печата е напълно възможно да 3D отпечатате своя собствена протеза от модели, намерени в бази данни с отворен код.
Но тези модели нямат персонализирани електронни потребителски интерфейси като тези, които се намират в скъпите, най-съвременни протези.
Сега професор във Virginia Tech и неговият интердисциплинарен екип от студенти-изследователи са направили пробив в интегрирането на електронни сензори с персонализирани 3D-отпечатани протези – развитие, което един ден може да доведе до по-достъпни електрически протези.
Това наскоро публикувано изследване от лабораторията на Блейк Джонсън, асистент професор по индустриално и системно инженерство във Virginia Tech, направи крачка напред в подобряването на функционалностите на 3D-отпечатани персонализирани системи за носене.
Чрез интегриране на електронни сензори в пресечната точка между протезата и тъканта на носещия, изследователите могат да съберат информация, свързана с функцията на протезата и комфорта, като например налягането върху тъканта на носещия, което може да помогне за подобряване на по-нататъшните повторения на тези видове протези.
Интегрирането на материали в прилягащи към формата региони на 3D отпечатани протези чрез конформна 3D техника за принтиране, вместо ръчно интегриране след отпечатване, може също да проправи пътя за уникални възможности за съпоставяне на твърдостта на тъканта на потребителя и интегриране на сензори в различни местоположения през интерфейса за прилягане на формата. За разлика от традиционния 3D печат, който включва отлагане на материал слой по слой върху равна повърхност, конформният 3D печат позволява отлагане на материали върху извити повърхности и обекти.
Според Yuxin Tong, студент по индустриално и системно инженерство и първи автор на публикуваното проучване, крайната цел е да се създадат инженерни практики и процеси, които могат да достигнат до възможно най-много хора, като се започне с усилие да се помогне за разработването на протеза за един местен тийнейджър.
„Надяваме се, че всеки родител може да следва описанието от публикацията, която публикувахме, и да разработи евтина персонализирана протеза за ръка за детето си“, каза Тонг.
За да разработят протезите, интегрирани с електронни сензори, изследователите започнаха с данни от 3D сканиране, което е подобно на правене на снимки под различни ъгли, за да се получи пълната форма на обект - в този случай отливка на крайник на тийнейджър.
След това те използваха данни от 3D сканиране, за да насочат интегрирането на сензори в прилягащата форма кухина на протезата, използвайки конформна техника за 3D печат.
Процесът, разработен от изследователския екип, ще се поддаде на по-нататъшни приложения в персонализираната медицина и дизайна на носими системи.
„Персонализиране и модифициране на свойствата и функционалностите на интерфейсите на носимите системи с помощта на 3D сканиране и 3D принтиране отваря вратата към проектирането и производството на нови технологии за помощ на хора и здравеопазване, както и изследване на фундаментални въпроси, свързани с функцията и комфорта на носимите системи “, каза Джонсън.
Изследването на Джонсън върху протезните ръце е вдъхновено, когато той научава за дъщерята на своя колега, Джоузи Фратичели, тогава на 12 години, която е родена със синдром на амниотична лента. Още в утробата развитието на ръката й спря. Подобни на струни амниотични ивици ограничават притока на кръв и засягат развитието на дясната ръка, причинявайки липса на формация отвъд кокалчетата.
Джонсън използва свързания си изследователски опит в адитивното биопроизводство и екип от интердисциплинарни бакалавърски изследователи, за да отпечата 3D бионичната ръка за Fraticelli, която ще се превърне в основата на сега публикуваното изследване.
Докато работеха с Фратичели, те продължиха да променят прототипа на протезата, като разработиха нови адитивни производствени техники, които биха позволили по-добро прилягане към дланта на Фратичели, създавайки по-удобно протезно устройство с форма.
Те потвърдиха, че персонализирането на протезата увеличава контакта между тъканта на Fraticelli и протезата почти четири пъти в сравнение с неперсонализираните устройства. Тази увеличена контактна площ им помогна да определят къде да разположат масиви от сензорни електроди, за да тестват разпределението на налягането, което им помогна да подобрят допълнително дизайна.
Сензорните експерименти бяха проведени с помощта на две персонализирани протези със и без сензорни електродни масиви. Провеждайки тези експерименти с Фратичели, те откриха, че разпределението на налягането е различно, когато тя отпусна ръката си в сравнение с това, че държи ръката си в огъната поза.
„Несъответствието между меката кожа и твърдия интерфейс все още е проблем, който ще намали съответствието“, каза Тонг. „Сензорните електродни масиви може да отворят друга нова област за подобряване на дизайна на протезите от гледна точка на разпределяне на по-добър баланс на налягането.“
Като цяло Фратичели смята, че новата персонализирана протеза подобрява нейното ниво на комфорт. Тъй като ръката й е мека и променлива при различни пози, а протезният материал е твърд и фиксиран, нивото на съответствие може да продължи да се променя.
Персонализираните протези все още имат място за подобрения и екипът на Джонсън ще продължи да проучва и разработва нови техники в адитивното производство, за да направи подобрения на носимите бионични устройства.
Това изследване беше подкрепено от Националната научна фондация (Отдел за бакалавърско образование) и от Съвета на студентските инженери на Virginia Tech; Интердисциплинарна изследователска програма за компютърно тъканно инженерство; и Институт за творчество, изкуства и технологии.
Получавайте най-новите научни новини с безплатните имейл бюлетини на ScienceDaily, актуализирани ежедневно и ежеседмично. Или преглеждайте ежечасно актуализирани новинарски емисии във вашия RSS четец:
Кажете ни какво мислите за ScienceDaily — приветстваме както положителните, така и отрицателните коментари. Имате ли проблеми с използването на сайта? въпроси?
Време на публикуване: 14 април 2019 г