Med væksten i 3D-printning er det fuldt ud muligt at 3D-printe din egen protese fra modeller fundet i open source-databaser.
Men disse modeller mangler personlige elektroniske brugergrænseflader som dem, der findes i dyre, avancerede proteser.
Nu har en Virginia Tech-professor og hans tværfaglige team af bachelorstuderende forskere gjort indtog i at integrere elektroniske sensorer med personlig 3D-printede proteser - en udvikling, der en dag kan føre til mere overkommelige elektriske proteser.
Denne nyligt offentliggjorte forskning fra Blake Johnsons laboratorie, en Virginia Tech-assistentprofessor i industri- og systemteknik, tog et skridt fremad i at forbedre funktionaliteterne af 3D-printede personlige bærbare systemer.
Ved at integrere elektroniske sensorer i skæringspunktet mellem en protese og bærerens væv, kan forskerne indsamle information relateret til protesens funktion og komfort, såsom trykket over bærerens væv, der kan hjælpe med at forbedre yderligere iterationer af disse typer proteser.
Integreringen af materialer i formtilpassede områder af 3D-printede proteser via en konform 3D-printteknik, i stedet for manuel integration efter print, kunne også bane vejen for unikke muligheder for at matche hårdheden af bærerens væv og og integrere sensorer ved forskellige placeringer på tværs af den formtilpassede grænseflade. I modsætning til traditionel 3D-print, der involverer aflejring af materiale i en lag-for-lag-måde på en flad overflade, giver konform 3D-print mulighed for aflejring af materialer på buede overflader og genstande.
Ifølge Yuxin Tong, en industri- og systemingeniørstuderende og førsteforfatter af den offentliggjorte undersøgelse, er det ultimative mål at skabe ingeniørpraksis og processer, der kan nå ud til så mange mennesker som muligt, begyndende med en indsats for at hjælpe med at udvikle en protese til én. lokal teenager.
"Forhåbentlig kunne alle forældre følge beskrivelsen fra det papir, vi udgav, og udvikle en billig personlig håndprotese til hans eller hendes barn," sagde Tong.
For at udvikle proteserne integreret med elektroniske sensorer startede forskerne med 3D-scanningsdata, som ligner at tage billeder i forskellige vinkler for at få den fulde form af et objekt - i dette tilfælde en form af teenagerens lem.
De brugte derefter 3D-scanningsdata til at guide integrationen af sensorer i protesens formtilpassede hulrum ved hjælp af en konform 3D-printteknik.
Processen udviklet af forskerholdet vil egne sig til yderligere anvendelser inden for personlig medicin og design af bærbare systemer.
"Tilpasning og ændring af egenskaber og funktionaliteter af bærbare systemgrænseflader ved hjælp af 3D-scanning og 3D-print åbner døren til design og fremstilling af nye teknologier til menneskelig assistance og sundhedspleje samt undersøgelse af grundlæggende spørgsmål forbundet med funktionen og komforten af bærbare systemer " sagde Johnson.
Johnsons forskning i hænderproteser blev inspireret, da han hørte om sin kollegas datter, Josie Fraticelli, dengang 12 år gammel, som var blevet født med fostervandsbåndssyndrom. Mens hun var i livmoderen, stoppede udviklingen af hendes hånd. Strengelignende fostervandsbånd begrænsede blodgennemstrømningen og påvirkede udviklingen af højre hånd, hvilket forårsagede manglende dannelse ud over knoerne.
Johnson brugte sin relaterede forskningsekspertise inden for additiv biofremstilling og et team af tværfaglige bachelor-forskere til at 3D-printe den bioniske hånd til Fraticelli, som ville blive grundlaget for den nu offentliggjorte forskning.
Mens de arbejdede med Fraticelli, fortsatte de med at finjustere prototypeprotesen ved at udvikle nye additive fremstillingsteknikker, der ville give mulighed for en bedre tilpasning til Fraticellis håndflade og skabe en mere komfortabel, formtilpasset proteseanordning.
De validerede, at personaliseringen af protesen øgede kontakten mellem Fraticellis væv og protesen med næsten fire gange sammenlignet med ikke-personaliserede enheder. Dette øgede kontaktområde hjalp dem med at finde ud af, hvor de skulle installere sensing-elektrode-arrays for at teste trykfordelingen, hvilket hjalp dem med at forbedre designet yderligere.
Der blev udført sanseeksperimenter under anvendelse af to personlige proteser med og uden sanseelektrode-arrays. Ved at køre disse eksperimenter med Fraticelli fandt de ud af, at trykfordelingen var anderledes, når hun slappede af i hånden i forhold til at holde sin hånd i en bøjet stilling.
"Uoverensstemmelsen mellem den bløde hud og den stive grænseflade er stadig et problem, der vil reducere overensstemmelsen," sagde Tong. "Sansende elektrode-arrays kan åbne endnu et nyt område for at forbedre protetikdesignet ud fra perspektivet om at fordele en bedre trykbalance."
Samlet set føler Fraticelli, at den nye personlige protese forbedrer hendes komfortniveau. Da hendes hånd er blød og foranderlig under forskellige stillinger, og protesematerialet er stift og fast, kan overensstemmelsesniveauet fortsætte med at ændre sig.
Personliggjorte proteser har stadig plads til forbedringer, og Johnsons team vil fortsætte med at forske i og udvikle nye teknikker inden for additiv fremstilling for at lave forbedringer på bærbare bioniske enheder.
Denne forskning blev støttet af National Science Foundation (Division of Undergraduate Education) og af Virginia Tech's Student Engineers' Council; Computational Tissue Engineering Tværfagligt kandidatforskningsprogram; og Institut for Kreativitet, Kunst og Teknologi.
Få de seneste videnskabsnyheder med ScienceDailys gratis e-mail-nyhedsbreve, der opdateres dagligt og ugentligt. Eller se opdaterede nyhedsfeeds hver time i din RSS-læser:
Fortæl os, hvad du synes om ScienceDaily - vi glæder os over både positive og negative kommentarer. Har du problemer med at bruge siden? Spørgsmål?
Indlægstid: 14-apr-2019