Dengan pertumbuhan pencetakan 3D, sangat mungkin untuk mencetak 3D prostetik Anda sendiri dari model yang ditemukan di database sumber terbuka.
Tetapi model-model itu tidak memiliki antarmuka pengguna elektronik yang dipersonalisasi seperti yang ditemukan pada prosthetics yang mahal dan canggih.
Sekarang, seorang profesor Virginia Tech dan tim peneliti mahasiswa sarjana interdisiplinernya telah membuat terobosan dalam mengintegrasikan sensor elektronik dengan prostetik cetak 3D yang dipersonalisasi — sebuah perkembangan yang suatu hari nanti dapat menghasilkan prostetik bertenaga listrik yang lebih terjangkau.
Penelitian yang baru diterbitkan ini dari lab Blake Johnson, asisten profesor Virginia Tech di bidang teknik industri dan sistem, mengambil langkah maju dalam meningkatkan fungsionalitas sistem perangkat wearable hasil cetak 3D yang dipersonalisasi.
Dengan mengintegrasikan sensor elektronik di persimpangan antara prostetik dan jaringan pemakainya, para peneliti dapat mengumpulkan informasi yang berkaitan dengan fungsi dan kenyamanan prostetik, seperti tekanan di seluruh jaringan pemakai, yang dapat membantu meningkatkan iterasi lebih lanjut dari jenis prostetik ini.
Integrasi bahan dalam daerah yang sesuai dengan bentuk prostetik cetak 3D melalui teknik pencetakan 3D konformal, alih-alih integrasi manual setelah pencetakan, juga dapat membuka jalan bagi peluang unik dalam mencocokkan kekerasan jaringan pemakai dan dan mengintegrasikan sensor pada berbagai lokasi di seluruh antarmuka form-fitting. Tidak seperti pencetakan 3D tradisional yang melibatkan penyimpanan material secara lapis demi lapis pada permukaan datar, pencetakan 3D konformal memungkinkan pengendapan material pada permukaan dan objek yang melengkung.
Menurut Yuxin Tong, seorang mahasiswa pascasarjana teknik industri dan sistem dan penulis pertama studi yang diterbitkan, tujuan utamanya adalah menciptakan praktik dan proses teknik yang dapat menjangkau sebanyak mungkin orang, dimulai dengan upaya membantu mengembangkan prostetik untuk satu orang. remaja lokal.
“Mudah-mudahan, setiap orang tua dapat mengikuti deskripsi dari makalah yang kami terbitkan dan mengembangkan tangan palsu yang dipersonalisasi dengan biaya rendah untuk anaknya,” kata Tong.
Untuk mengembangkan prosthetics yang terintegrasi dengan sensor elektronik, para peneliti memulai dengan data pemindaian 3D, yang mirip dengan mengambil gambar dari berbagai sudut untuk mendapatkan bentuk penuh suatu objek — dalam hal ini, cetakan anggota tubuh remaja.
Mereka kemudian menggunakan data pemindaian 3D untuk memandu integrasi sensor ke dalam rongga prostetik yang sesuai dengan bentuk menggunakan teknik pencetakan 3D konformal.
Proses yang dikembangkan oleh tim peneliti akan cocok untuk aplikasi lebih lanjut dalam pengobatan yang dipersonalisasi dan desain sistem yang dapat dipakai.
“Mempersonalisasi dan memodifikasi properti dan fungsi antarmuka sistem yang dapat dikenakan menggunakan pemindaian 3D dan pencetakan 3D membuka pintu untuk desain dan pembuatan teknologi baru untuk bantuan manusia dan perawatan kesehatan serta memeriksa pertanyaan mendasar yang terkait dengan fungsi dan kenyamanan sistem yang dapat dikenakan. ,” kata Johnson.
Penelitian Johnson tentang tangan palsu terinspirasi ketika dia mengetahui tentang putri rekannya, Josie Fraticelli, yang saat itu berusia 12 tahun, yang lahir dengan sindrom pita amnion. Saat dalam kandungan, perkembangan tangannya berhenti. Pita ketuban seperti tali membatasi aliran darah dan memengaruhi perkembangan tangan kanan, menyebabkan kurangnya pembentukan di luar buku-buku jari.
Johnson menggunakan keahlian penelitiannya yang terkait dalam biomanufaktur aditif dan tim peneliti sarjana interdisipliner untuk mencetak 3D tangan bionik untuk Fraticelli yang akan menjadi dasar penelitian yang sekarang diterbitkan.
Saat mereka bekerja dengan Fraticelli, mereka terus mengutak-atik prototipe prostetik dengan mengembangkan teknik manufaktur aditif baru yang memungkinkan pemasangan yang lebih baik ke telapak tangan Fraticelli, menciptakan perangkat prostetik yang lebih nyaman dan pas dengan bentuk.
Mereka memvalidasi bahwa personalisasi prostetik meningkatkan kontak antara jaringan Fraticelli dan prostesis hampir empat kali lipat dibandingkan dengan perangkat yang tidak dipersonalisasi. Area kontak yang meningkat ini membantu mereka menentukan tempat untuk menyebarkan susunan elektroda penginderaan untuk menguji distribusi tekanan, yang membantu mereka untuk lebih meningkatkan desain.
Eksperimen penginderaan dilakukan menggunakan dua prostetik yang dipersonalisasi dengan dan tanpa rangkaian elektroda penginderaan. Dengan menjalankan eksperimen ini dengan Fraticelli, mereka menemukan bahwa distribusi tekanan berbeda ketika dia mengendurkan tangannya versus memegang tangannya dalam postur tertekuk.
“Ketidaksesuaian antara soft skin dan rigid interface masih menjadi masalah yang akan mengurangi konformitas,” kata Tong. “Array elektroda penginderaan dapat membuka area baru lainnya untuk meningkatkan desain prostetik dari perspektif mendistribusikan keseimbangan tekanan yang lebih baik.”
Secara keseluruhan, Fraticelli merasa bahwa prostetik baru yang dipersonalisasi meningkatkan tingkat kenyamanannya. Karena tangannya lembut dan dapat diubah dalam berbagai postur dan bahan prostetiknya kaku dan kaku, tingkat kesesuaiannya dapat terus berubah.
Prostetik yang dipersonalisasi masih memiliki ruang untuk perbaikan, dan tim Johnson akan terus meneliti dan mengembangkan teknik baru dalam pembuatan aditif untuk membuat peningkatan pada perangkat bionik yang dapat dikenakan.
Penelitian ini didukung oleh National Science Foundation (Divisi Pendidikan Sarjana) dan oleh Dewan Insinyur Mahasiswa Virginia Tech; Program Penelitian Pascasarjana Interdisipliner Rekayasa Jaringan Komputasi; dan Institut Kreativitas, Seni, dan Teknologi.
Dapatkan berita sains terbaru dengan buletin email gratis ScienceDaily, diperbarui setiap hari dan setiap minggu. Atau lihat umpan berita yang diperbarui setiap jam di pembaca RSS Anda:
Beri tahu kami pendapat Anda tentang ScienceDaily — kami menyambut baik komentar positif maupun negatif. Punya masalah dalam menggunakan situs? Pertanyaan?
Waktu posting: 14 April-2019