Avec la croissance de l'impression 3D, il est tout à fait possible d'imprimer en 3D votre propre prothèse à partir de modèles trouvés dans des bases de données open source.
Mais ces modèles manquent d'interfaces utilisateur électroniques personnalisées comme celles que l'on trouve dans les prothèses coûteuses à la pointe de la technologie.
Maintenant, un professeur de Virginia Tech et son équipe interdisciplinaire d'étudiants chercheurs de premier cycle ont fait des percées dans l'intégration de capteurs électroniques avec des prothèses personnalisées imprimées en 3D - un développement qui pourrait un jour conduire à des prothèses électriques plus abordables.
Cette recherche récemment publiée par le laboratoire de Blake Johnson, professeur adjoint de Virginia Tech en ingénierie industrielle et des systèmes, a fait un pas en avant dans l'amélioration des fonctionnalités des systèmes portables personnalisés imprimés en 3D.
En intégrant des capteurs électroniques à l'intersection entre une prothèse et le tissu du porteur, les chercheurs peuvent recueillir des informations liées à la fonction et au confort de la prothèse, telles que la pression sur le tissu du porteur, qui peuvent aider à améliorer d'autres itérations de ces types de prothèses.
L'intégration de matériaux dans des régions ajustées de prothèses imprimées en 3D via une technique d'impression 3D conforme, au lieu d'une intégration manuelle après l'impression, pourrait également ouvrir la voie à des opportunités uniques en faisant correspondre la dureté des tissus du porteur et en intégrant des capteurs à différents emplacements à travers l'interface d'ajustement de forme. Contrairement à l'impression 3D traditionnelle qui consiste à déposer des matériaux couche par couche sur une surface plane, l'impression 3D conforme permet le dépôt de matériaux sur des surfaces et des objets courbes.
Selon Yuxin Tong, étudiant diplômé en génie industriel et des systèmes et premier auteur de l'étude publiée, le but ultime est de créer des pratiques et des processus d'ingénierie qui peuvent atteindre autant de personnes que possible, en commençant par un effort pour aider à développer une prothèse pour un adolescent local.
"J'espère que chaque parent pourra suivre la description de l'article que nous avons publié et développer une main prothétique personnalisée à faible coût pour son enfant", a déclaré Tong.
Pour développer les prothèses intégrées aux capteurs électroniques, les chercheurs ont commencé avec des données de numérisation 3D, ce qui revient à prendre des photos sous différents angles pour obtenir la forme complète d'un objet - dans ce cas, un moule du membre de l'adolescent.
Ils ont ensuite utilisé des données de numérisation 3D pour guider l'intégration de capteurs dans la cavité d'ajustement de la prothèse à l'aide d'une technique d'impression 3D conforme.
Le processus développé par l'équipe de recherche se prêtera à d'autres applications dans la médecine personnalisée et la conception de systèmes portables.
« La personnalisation et la modification des propriétés et des fonctionnalités des interfaces de systèmes portables à l'aide de la numérisation 3D et de l'impression 3D ouvrent la porte à la conception et à la fabrication de nouvelles technologies pour l'assistance humaine et les soins de santé, ainsi qu'à l'examen des questions fondamentales associées à la fonction et au confort des systèmes portables. ", a déclaré Johnson.
Les recherches de Johnson sur les mains prothétiques ont été inspirées lorsqu'il a entendu parler de la fille de son collègue, Josie Fraticelli, alors âgée de 12 ans, qui était née avec le syndrome de la bande amniotique. Alors qu'elle était in utero, le développement de sa main s'est arrêté. Les bandes amniotiques en forme de cordes restreignaient le flux sanguin et affectaient le développement de la main droite, provoquant un manque de formation au-delà des jointures.
Johnson a utilisé son expertise de recherche connexe dans la biofabrication additive et une équipe de chercheurs interdisciplinaires de premier cycle pour imprimer en 3D la main bionique de Fraticelli qui allait devenir la base de la recherche maintenant publiée.
Pendant qu'ils travaillaient avec Fraticelli, ils ont continué à peaufiner le prototype de prothèse en développant de nouvelles techniques de fabrication additive qui permettraient un meilleur ajustement à la paume de Fraticelli, créant ainsi une prothèse plus confortable et plus ajustée.
Ils ont validé que la personnalisation de la prothèse augmentait le contact entre le tissu de Fraticelli et la prothèse de près de quatre fois par rapport aux dispositifs non personnalisés. Cette zone de contact accrue les a aidés à déterminer où déployer les réseaux d'électrodes de détection pour tester la répartition de la pression, ce qui les a aidés à améliorer encore la conception.
Des expériences de détection ont été menées à l'aide de deux prothèses personnalisées avec et sans réseaux d'électrodes de détection. En exécutant ces expériences avec Fraticelli, ils ont constaté que la répartition de la pression était différente lorsqu'elle relâchait sa main par rapport à la tenue de sa main dans une posture fléchie.
"Le décalage entre la peau douce et l'interface rigide est toujours un problème qui réduira la conformité", a déclaré Tong. "Les réseaux d'électrodes de détection peuvent ouvrir un autre nouveau domaine pour améliorer la conception des prothèses du point de vue de la distribution d'un meilleur équilibre de pression."
Dans l'ensemble, Fraticelli estime que la nouvelle prothèse personnalisée améliore son niveau de confort. Étant donné que sa main est douce et changeante sous différentes postures et que le matériau prothétique est rigide et fixe, le niveau de conformité peut continuer à changer.
Les prothèses personnalisées ont encore de la place pour des améliorations, et l'équipe de Johnson continuera à rechercher et à développer de nouvelles techniques de fabrication additive pour apporter des améliorations aux dispositifs bioniques portables.
Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation (Division of Undergraduate Education) et par le Student Engineers' Council de Virginia Tech; Programme de recherche interdisciplinaire en génie tissulaire informatique; et Institut pour la créativité, les arts et la technologie.
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Heure de publication : 14 avril 2019