S rozvojem 3D tisku je zcela možné 3D tisknout vlastní protetiku z modelů nalezených v open-source databázích.
Tyto modely však postrádají personalizovaná elektronická uživatelská rozhraní, jako jsou ta, která se nacházejí v nákladné, nejmodernější protetice.
Nyní profesor Virginia Tech a jeho interdisciplinární tým vysokoškolských studentských výzkumníků pronikli do integrace elektronických senzorů s personalizovanou protetikou vytištěnou na 3D – vývoj, který by jednoho dne mohl vést k cenově dostupnější protetice na elektrický pohon.
Tento nově publikovaný výzkum z laboratoře Blakea Johnsona, asistenta profesora Virginia Tech v průmyslovém a systémovém inženýrství, udělal krok kupředu ve zlepšování funkcí 3D tištěných personalizovaných nositelných systémů.
Integrací elektronických senzorů na průsečíku mezi protetikou a tkání nositele mohou vědci shromažďovat informace týkající se protetické funkce a pohodlí, jako je tlak na tkáň nositele, což může pomoci zlepšit další opakování těchto typů protetik.
Integrace materiálů do tvarově přizpůsobených oblastí 3D tištěné protetiky prostřednictvím techniky konformního 3D tisku namísto ruční integrace po tisku by také mohla připravit cestu pro jedinečné příležitosti pro přizpůsobení tvrdosti tkáně nositele a integraci senzorů na různých místech. umístění v rozhraní pro přizpůsobení formuláře. Na rozdíl od tradičního 3D tisku, který zahrnuje ukládání materiálu vrstvou po vrstvě na rovný povrch, umožňuje konformní 3D tisk ukládání materiálů na zakřivené povrchy a předměty.
Podle Yuxina Tonga, postgraduálního studenta průmyslového a systémového inženýrství a prvního autora publikované studie, je konečným cílem vytvořit inženýrské postupy a procesy, které mohou oslovit co nejvíce lidí, počínaje snahou pomoci vyvinout protetiku pro jednoho. místní teenager.
"Doufáme, že každý rodič by se mohl řídit popisem z článku, který jsme zveřejnili, a vyvinout levnou personalizovanou protetickou ruku pro své dítě," řekl Tong.
Při vývoji protetiky integrované s elektronickými senzory začali vědci s daty 3D skenování, což je podobné pořizování snímků z různých úhlů, aby získali plnou podobu objektu – v tomto případě formy údu teenagera.
Poté použili data 3D skenování k vedení integrace senzorů do tvarově přizpůsobené dutiny protetiky pomocí techniky konformního 3D tisku.
Proces vyvinutý výzkumným týmem se hodí pro další aplikace v personalizované medicíně a navrhování nositelných systémů.
„Personalizace a úprava vlastností a funkcí rozhraní nositelných systémů pomocí 3D skenování a 3D tisku otevírá dveře k navrhování a výrobě nových technologií pro lidskou asistenci a zdravotní péči a také zkoumání základních otázek spojených s funkcí a komfortem nositelných systémů. “ řekl Johnson.
Johnsonův výzkum protetických rukou byl inspirován, když se dozvěděl o dceři svého kolegy, Josie Fraticelli, tehdy 12leté, která se narodila se syndromem plodové vody. Zatímco byla v děloze, vývoj její ruky se zastavil. Provázkové amniotické pruhy omezovaly průtok krve a ovlivňovaly vývoj pravé ruky, což způsobilo nedostatek formace za klouby.
Johnson využil své související odborné znalosti v oblasti aditivní biovýroby a tým interdisciplinárních vysokoškolských výzkumníků k 3D tisku bionické ruky pro Fraticelliho, který by se stal základem nyní publikovaného výzkumu.
Během spolupráce s Fraticelli pokračovali ve vylepšování prototypu protetiky vývojem nových aditivních výrobních technik, které by umožnily Fraticellimu lépe sedět na dlani a vytvořit tak pohodlnější, tvarově padnoucí protetický prostředek.
Potvrdili, že personalizace protézy zvýšila kontakt mezi Fraticelliho tkání a protézou téměř čtyřnásobně ve srovnání s nepersonalizovanými zařízeními. Tato zvětšená kontaktní plocha jim pomohla určit, kde rozmístit pole snímacích elektrod pro testování rozložení tlaku, což jim pomohlo dále vylepšit design.
Snímací experimenty byly prováděny za použití dvou personalizovaných protetik s polem snímacích elektrod a bez nich. Provedením těchto experimentů s Fraticelli zjistili, že rozložení tlaku bylo jiné, když uvolnila ruku, než když ji držela ve flexi.
"Nesoulad mezi měkkým povrchem a tuhým rozhraním je stále problémem, který sníží shodu," řekl Tong. "Pole snímacích elektrod může otevřít další novou oblast pro zlepšení designu protetiky z hlediska distribuce lepší rovnováhy tlaku."
Celkově má Fraticelli pocit, že nová personalizovaná protetika zlepšuje její úroveň pohodlí. Vzhledem k tomu, že její ruka je měkká a proměnlivá v různých polohách a materiál protézy je tuhý a pevný, úroveň shody se může nadále měnit.
Personalizovaná protetika má stále prostor pro vylepšení a Johnsonův tým bude pokračovat ve výzkumu a vývoji nových technik v aditivní výrobě, aby bylo možné vylepšit nositelná bionická zařízení.
Tento výzkum byl podpořen National Science Foundation (Division of Pregraduate Education) a Virginia Tech's Student Engineers' Council; Interdisciplinární postgraduální výzkumný program výpočetního tkáňového inženýrství; a Institut pro kreativitu, umění a technologii.
Získejte nejnovější vědecké zprávy pomocí bezplatných e-mailových zpravodajů ScienceDaily, které jsou aktualizovány denně a týdně. Nebo si prohlédněte každou hodinu aktualizované zpravodajské kanály ve své čtečce RSS:
Řekněte nám, co si myslíte o ScienceDaily – vítáme pozitivní i negativní komentáře. Máte nějaké problémy s používáním webu? Otázky?
Čas odeslání: 14. dubna 2019