Amb el creixement de la impressió 3D, és totalment possible imprimir en 3D la vostra pròpia pròtesi a partir de models que es troben a bases de dades de codi obert.
Però aquests models no tenen interfícies d'usuari electròniques personalitzades com les que es troben a les pròtesis costoses i d'última generació.
Ara, un professor de Virginia Tech i el seu equip interdisciplinari d'investigadors d'estudiants de grau han fet incursions en la integració de sensors electrònics amb pròtesis personalitzades impreses en 3D, un desenvolupament que algun dia podria conduir a pròtesis elèctrics més assequibles.
Aquesta investigació recentment publicada del laboratori de Blake Johnson, professor ajudant d'enginyeria industrial i de sistemes de Virginia Tech, va fer un pas endavant en la millora de les funcionalitats dels sistemes portàtils personalitzats impresos en 3D.
Mitjançant la integració de sensors electrònics a la intersecció entre una pròtesi i el teixit de l'usuari, els investigadors poden recopilar informació relacionada amb la funció i la comoditat de la pròtesi, com ara la pressió a través del teixit de l'usuari, que pot ajudar a millorar més iteracions d'aquests tipus de pròtesis.
La integració de materials dins de les regions que s'ajusten a la forma de les pròtesis impreses en 3D mitjançant una tècnica d'impressió 3D conforme, en lloc de la integració manual després de la impressió, també podria obrir el camí per a oportunitats úniques per fer coincidir la duresa del teixit de l'usuari i integrar sensors a diferents ubicacions a través de la interfície d'ajustament de la forma. A diferència de la impressió 3D tradicional que consisteix a dipositar material de manera capa per capa sobre una superfície plana, la impressió 3D conforme permet la deposició de materials en superfícies i objectes corbes.
Segons Yuxin Tong, un estudiant graduat en enginyeria industrial i de sistemes i primer autor de l'estudi publicat, l'objectiu final és crear pràctiques i processos d'enginyeria que puguin arribar a tantes persones com sigui possible, començant per un esforç per ajudar a desenvolupar una pròtesi per a un. adolescent local.
"Tant de bo, tots els pares puguin seguir la descripció del document que vam publicar i desenvolupar una mà protèsica personalitzada de baix cost per al seu fill", va dir Tong.
Per desenvolupar les pròtesis integrades amb sensors electrònics, els investigadors van començar amb dades d'escaneig en 3D, que és similar a fer fotografies en diversos angles per obtenir la forma completa d'un objecte, en aquest cas, un motlle de l'extremitat de l'adolescent.
A continuació, van utilitzar dades d'escaneig 3D per guiar la integració de sensors a la cavitat que s'ajusta a la forma de la pròtesi mitjançant una tècnica d'impressió 3D conforme.
El procés desenvolupat per l'equip de recerca es prestarà a més aplicacions en medicina personalitzada i disseny de sistemes portàtils.
“La personalització i la modificació de les propietats i funcionalitats de les interfícies de sistemes portàtils mitjançant l'escaneig 3D i la impressió 3D obre la porta al disseny i fabricació de noves tecnologies per a l'assistència humana i la cura de la salut, així com examinar qüestions fonamentals associades a la funció i la comoditat dels sistemes portàtils. ", va dir Johnson.
La investigació de Johnson sobre les pròtesis de mans es va inspirar quan va conèixer la filla del seu col·lega, Josie Fraticelli, llavors de 12 anys, que havia nascut amb síndrome de banda amniòtica. Durant l'úter, el desenvolupament de la seva mà es va aturar. Les bandes amniòtiques semblants a cordes van restringir el flux sanguini i van afectar el desenvolupament de la mà dreta, provocant una manca de formació més enllà dels artells.
Johnson va utilitzar la seva experiència relacionada amb la investigació en biofabricació additiva i un equip d'investigadors interdisciplinaris de grau per imprimir en 3D la mà biònica de Fraticelli que es convertiria en la base de la investigació publicada ara.
Mentre treballaven amb Fraticelli, van continuar ajustant el prototip de pròtesi desenvolupant noves tècniques de fabricació additiva que permetrien un millor ajust al palmell de Fraticelli, creant un dispositiu protèsic més còmode i ajustat a la forma.
Van validar que la personalització de la pròtesi augmentava gairebé quatre vegades el contacte entre el teixit de Fraticelli i la pròtesi en comparació amb els dispositius no personalitzats. Aquesta àrea de contacte augmentada els va ajudar a identificar on desplegar matrius d'elèctrodes de detecció per provar la distribució de pressió, cosa que els va ajudar a millorar encara més el disseny.
Els experiments de detecció es van realitzar mitjançant dues pròtesis personalitzades amb i sense matrius d'elèctrodes de detecció. En executar aquests experiments amb Fraticelli, van trobar que la distribució de la pressió era diferent quan relaxava la mà en lloc de subjectar-la en una postura flexionada.
"El desajust entre la pell suau i la interfície rígida encara és un problema que reduirà la conformitat", va dir Tong. "Les matrius d'elèctrodes de detecció poden obrir una altra àrea nova per millorar el disseny de les pròtesis des de la perspectiva de distribuir un millor equilibri de pressió".
En general, Fraticelli considera que la nova pròtesi personalitzada millora el seu nivell de comoditat. Com que la seva mà és suau i canviant en diferents postures i el material protètic és rígid i fix, el nivell de conformitat pot continuar canviant.
Les pròtesis personalitzades encara tenen espai per millorar, i l'equip de Johnson continuarà investigant i desenvolupant noves tècniques de fabricació additiva per millorar els dispositius biònics portàtils.
Aquesta investigació va comptar amb el suport de la National Science Foundation (Divisió d'Educació de Pregrau) i del Consell d'Enginyers d'Estudiants de Virginia Tech; Programa de postgrau interdisciplinari d'enginyeria computacional de teixits; i Institut de Creativitat, Arts i Tecnologia.
Rep les últimes notícies de ciència amb els butlletins de correu electrònic gratuïts de ScienceDaily, actualitzats diàriament i setmanalment. O visualitzeu els canals de notícies actualitzats cada hora al vostre lector RSS:
Digueu-nos què en penseu de ScienceDaily: donem la benvinguda als comentaris positius i negatius. Teniu problemes per utilitzar el lloc? Preguntes?
Hora de publicació: 14-abril-2019