Με την ανάπτυξη της τρισδιάστατης εκτύπωσης, είναι απολύτως δυνατό να εκτυπώσετε τρισδιάστατα το δικό σας προσθετικό από μοντέλα που βρίσκονται σε βάσεις δεδομένων ανοιχτού κώδικα.
Αλλά αυτά τα μοντέλα δεν διαθέτουν εξατομικευμένες ηλεκτρονικές διεπαφές χρήστη, όπως αυτές που συναντάμε στα ακριβά, τελευταίας τεχνολογίας προσθετικά.
Τώρα, ένας καθηγητής της Βιρτζίνια Tech και η διεπιστημονική του ομάδα προπτυχιακών φοιτητών ερευνητών έχουν κάνει εισόδους στην ενσωμάτωση ηλεκτρονικών αισθητήρων με εξατομικευμένα 3D-εκτυπωμένα προσθετικά - μια εξέλιξη που θα μπορούσε μια μέρα να οδηγήσει σε πιο οικονομικά προσθετικά με ηλεκτρική ενέργεια.
Αυτή η πρόσφατα δημοσιευμένη έρευνα από το εργαστήριο του Blake Johnson, επίκουρου καθηγητή της Βιρτζίνια Tech στη βιομηχανική και μηχανική συστημάτων, έκανε ένα βήμα μπροστά στη βελτίωση των λειτουργιών των 3D-εκτυπωμένων εξατομικευμένων φορητών συστημάτων.
Με την ενσωμάτωση ηλεκτρονικών αισθητήρων στη διασταύρωση μεταξύ ενός προσθετικού και του ιστού του χρήστη, οι ερευνητές μπορούν να συλλέξουν πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία και την άνεση της προσθετικής, όπως η πίεση στον ιστό του χρήστη, που μπορούν να βοηθήσουν στη βελτίωση περαιτέρω επαναλήψεων αυτών των τύπων προσθετικών.
Η ενσωμάτωση υλικών σε περιοχές προσαρμοσμένης μορφής των 3D-εκτυπωμένων προσθετικών μέσω μιας σύμμορφης τεχνικής τρισδιάστατης εκτύπωσης, αντί της χειροκίνητης ενσωμάτωσης μετά την εκτύπωση, θα μπορούσε επίσης να ανοίξει το δρόμο για μοναδικές ευκαιρίες για την αντιστοίχιση της σκληρότητας του ιστού του χρήστη και την ενσωμάτωση αισθητήρων σε διαφορετικά θέσεις σε όλη τη διεπαφή προσαρμογής φόρμας. Σε αντίθεση με την παραδοσιακή τρισδιάστατη εκτύπωση που περιλαμβάνει την εναπόθεση υλικού με τρόπο στρώμα προς στρώμα σε μια επίπεδη επιφάνεια, η σύμμορφη τρισδιάστατη εκτύπωση επιτρέπει την εναπόθεση υλικών σε καμπύλες επιφάνειες και αντικείμενα.
Σύμφωνα με τον Yuxin Tong, έναν μεταπτυχιακό φοιτητή μηχανικής βιομηχανίας και συστημάτων και πρώτος συγγραφέας της δημοσιευμένης μελέτης, ο απώτερος στόχος είναι να δημιουργηθούν μηχανικές πρακτικές και διαδικασίες που μπορούν να φτάσουν όσο το δυνατόν περισσότερους ανθρώπους, ξεκινώντας με μια προσπάθεια να βοηθήσει στην ανάπτυξη μιας προσθετικής για έναν ντόπιος έφηβος.
«Ας ελπίσουμε ότι κάθε γονέας θα μπορούσε να ακολουθήσει την περιγραφή από την εργασία που δημοσιεύσαμε και να αναπτύξει ένα χαμηλού κόστους εξατομικευμένο προσθετικό χέρι για το παιδί του», είπε ο Tong.
Για την ανάπτυξη της προσθετικής ενσωματωμένης με ηλεκτρονικούς αισθητήρες, οι ερευνητές ξεκίνησαν με δεδομένα τρισδιάστατης σάρωσης, παρόμοια με τη λήψη φωτογραφιών σε διάφορες γωνίες για να πάρουν την πλήρη μορφή ενός αντικειμένου - σε αυτή την περίπτωση, ένα καλούπι του άκρου του εφήβου.
Στη συνέχεια χρησιμοποίησαν δεδομένα τρισδιάστατης σάρωσης για να καθοδηγήσουν την ενσωμάτωση αισθητήρων στην κοιλότητα προσαρμογής του προσθετικού υλικού χρησιμοποιώντας μια σύμμορφη τεχνική τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Η διαδικασία που αναπτύχθηκε από την ερευνητική ομάδα θα προσφερθεί σε περαιτέρω εφαρμογές στην εξατομικευμένη ιατρική και στο σχεδιασμό φορητών συστημάτων.
«Η εξατομίκευση και η τροποποίηση των ιδιοτήτων και των λειτουργιών των φορητών διεπαφών συστημάτων χρησιμοποιώντας τρισδιάστατη σάρωση και τρισδιάστατη εκτύπωση ανοίγει την πόρτα στο σχεδιασμό και την κατασκευή νέων τεχνολογιών για την ανθρώπινη βοήθεια και την υγειονομική περίθαλψη καθώς και την εξέταση θεμελιωδών ερωτημάτων που σχετίζονται με τη λειτουργία και την άνεση των φορητών συστημάτων », είπε ο Τζόνσον.
Η έρευνα του Johnson για τα προσθετικά χέρια εμπνεύστηκε όταν έμαθε για την κόρη του συναδέλφου του, Josie Fraticelli, 12χρονη τότε, η οποία είχε γεννηθεί με σύνδρομο αμνιακής ταινίας. Ενώ ήταν στη μήτρα, η ανάπτυξη του χεριού της σταμάτησε. Οι αμνιακές ταινίες που μοιάζουν με χορδές περιόρισαν τη ροή του αίματος και επηρέασαν την ανάπτυξη του δεξιού χεριού, προκαλώντας έλλειψη σχηματισμού πέρα από τις αρθρώσεις.
Ο Τζόνσον χρησιμοποίησε τη σχετική ερευνητική του εμπειρία στη βιοκατασκευή προσθέτων και μια ομάδα διεπιστημονικών προπτυχιακών ερευνητών για να εκτυπώσει τρισδιάστατα το βιονικό χέρι για τον Fraticelli που θα γινόταν η βάση της τώρα δημοσιευμένης έρευνας.
Καθώς εργάζονταν με τον Fraticelli, συνέχισαν να τροποποιούν το πρωτότυπο προσθετικό, αναπτύσσοντας νέες τεχνικές κατασκευής πρόσθετων που θα επέτρεπαν την καλύτερη εφαρμογή στην παλάμη του Fraticelli, δημιουργώντας μια πιο άνετη προσθετική συσκευή που ταιριάζει στο σχήμα.
Επικύρωσαν ότι η εξατομίκευση του προσθετικού αύξησε την επαφή μεταξύ του ιστού του Fraticelli και της πρόθεσης σχεδόν τέσσερις φορές σε σύγκριση με μη εξατομικευμένες συσκευές. Αυτή η αυξημένη περιοχή επαφής τους βοήθησε να εντοπίσουν πού να αναπτύξουν συστοιχίες ηλεκτροδίων ανίχνευσης για να δοκιμάσουν την κατανομή πίεσης, κάτι που τους βοήθησε να βελτιώσουν περαιτέρω το σχεδιασμό.
Πειράματα αίσθησης διεξήχθησαν χρησιμοποιώντας δύο εξατομικευμένα προσθετικά με και χωρίς συστοιχίες ηλεκτροδίων ανίχνευσης. Εκτελώντας αυτά τα πειράματα με τον Fraticelli, διαπίστωσαν ότι η κατανομή της πίεσης ήταν διαφορετική όταν χαλάρωσε το χέρι της έναντι κρατώντας το χέρι της σε μια λυγισμένη στάση.
«Η αναντιστοιχία μεταξύ του απαλού δέρματος και της άκαμπτης διεπαφής εξακολουθεί να είναι ένα πρόβλημα που θα μειώσει τη συμμόρφωση», είπε ο Tong. «Οι συστοιχίες ηλεκτροδίων αίσθησης μπορεί να ανοίξουν μια άλλη νέα περιοχή για τη βελτίωση του σχεδιασμού της προσθετικής από την προοπτική της κατανομής μιας καλύτερης ισορροπίας πίεσης».
Συνολικά, η Fraticelli πιστεύει ότι η νέα εξατομικευμένη προσθετική βελτιώνει το επίπεδο άνεσης της. Δεδομένου ότι το χέρι της είναι μαλακό και μεταβλητό κάτω από διαφορετικές στάσεις και το προσθετικό υλικό είναι άκαμπτο και σταθερό, το επίπεδο συμμόρφωσης μπορεί να συνεχίσει να αλλάζει.
Τα εξατομικευμένα προσθετικά εξακολουθούν να έχουν χώρο για βελτιώσεις και η ομάδα του Johnson θα συνεχίσει να ερευνά και να αναπτύσσει νέες τεχνικές στην κατασκευή προσθέτων για να κάνει βελτιώσεις σε φορητές βιονικές συσκευές.
Αυτή η έρευνα υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (Τμήμα Προπτυχιακής Εκπαίδευσης) και από το Συμβούλιο φοιτητών μηχανικών της Virginia Tech. Διεπιστημονικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Υπολογιστικής Μηχανικής Ιστών. και Ινστιτούτο Δημιουργικότητας, Τεχνών και Τεχνολογίας.
Λάβετε τα τελευταία επιστημονικά νέα με τα δωρεάν ενημερωτικά δελτία ηλεκτρονικού ταχυδρομείου του ScienceDaily, τα οποία ενημερώνονται καθημερινά και εβδομαδιαία. Ή δείτε τις ωριαίες ενημερώσεις ειδήσεων στο πρόγραμμα ανάγνωσης RSS:
Πείτε μας τη γνώμη σας για το ScienceDaily — καλωσορίζουμε τόσο θετικά όσο και αρνητικά σχόλια. Έχετε προβλήματα με τη χρήση του ιστότοπου; Ερωτήσεις;
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-14-2019