Con la crescita della stampa 3D, è del tutto possibile stampare in 3D la propria protesi da modelli trovati in database open source.
Ma quei modelli mancano di interfacce utente elettroniche personalizzate come quelle che si trovano nelle costose protesi all'avanguardia.
Ora, un professore della Virginia Tech e il suo team interdisciplinare di ricercatori universitari hanno fatto breccia nell'integrazione di sensori elettronici con protesi personalizzate stampate in 3D, uno sviluppo che potrebbe un giorno portare a protesi elettriche più convenienti.
Questa ricerca appena pubblicata dal laboratorio di Blake Johnson, un assistente professore di Virginia Tech in ingegneria industriale e dei sistemi, ha fatto un passo avanti nel miglioramento delle funzionalità dei sistemi indossabili personalizzati stampati in 3D.
Integrando sensori elettronici all'intersezione tra una protesi e il tessuto di chi lo indossa, i ricercatori possono raccogliere informazioni relative alla funzione e al comfort della protesi, come la pressione attraverso il tessuto di chi lo indossa, che possono aiutare a migliorare ulteriori iterazioni di questi tipi di protesi.
L'integrazione di materiali all'interno di regioni di adattamento alla forma delle protesi stampate in 3D tramite una tecnica di stampa 3D conforme, invece dell'integrazione manuale dopo la stampa, potrebbe anche aprire la strada a opportunità uniche per abbinare la durezza del tessuto di chi lo indossa e e integrare sensori a diversi posizioni nell'interfaccia di adattamento del modulo. A differenza della stampa 3D tradizionale che prevede il deposito di materiale strato per strato su una superficie piana, la stampa 3D conforme consente la deposizione di materiali su superfici e oggetti curvi.
Secondo Yuxin Tong, uno studente laureato in ingegneria industriale e dei sistemi e primo autore dello studio pubblicato, l'obiettivo finale è creare pratiche e processi di ingegneria che possano raggiungere il maggior numero di persone possibile, iniziando con uno sforzo per aiutare a sviluppare una protesi per uno. adolescente locale.
"Speriamo che ogni genitore possa seguire la descrizione del documento che abbiamo pubblicato e sviluppare una mano protesica personalizzata a basso costo per il suo bambino", ha detto Tong.
Per sviluppare le protesi integrate con sensori elettronici, i ricercatori hanno iniziato con la scansione 3D dei dati, che è simile a scattare foto da varie angolazioni per ottenere la forma completa di un oggetto, in questo caso, uno stampo dell'arto dell'adolescente.
Hanno quindi utilizzato i dati di scansione 3D per guidare l'integrazione dei sensori nella cavità aderente alla protesi utilizzando una tecnica di stampa 3D conforme.
Il processo sviluppato dal team di ricerca si presterà a ulteriori applicazioni nella medicina personalizzata e nella progettazione di sistemi indossabili.
“La personalizzazione e la modifica delle proprietà e delle funzionalità delle interfacce dei sistemi indossabili utilizzando la scansione 3D e la stampa 3D apre le porte alla progettazione e produzione di nuove tecnologie per l'assistenza umana e l'assistenza sanitaria, nonché l'esame di questioni fondamentali associate alla funzione e al comfort dei sistemi indossabili ”, ha detto Johnson.
La ricerca di Johnson sulle mani protesiche è stata ispirata quando ha appreso della figlia del suo collega, Josie Fraticelli, all'epoca di 12 anni, che era nata con la sindrome della fascia amniotica. Mentre era in utero, lo sviluppo della sua mano si fermò. Le bande amniotiche simili a fili hanno limitato il flusso sanguigno e hanno influenzato lo sviluppo della mano destra, causando una mancanza di formazione oltre le nocche.
Johnson ha utilizzato la sua esperienza di ricerca correlata nella bioproduzione additiva e un team di ricercatori universitari interdisciplinari per stampare in 3D la mano bionica per Fraticelli che sarebbe diventata la base della ricerca ora pubblicata.
Mentre lavoravano con Fraticelli, hanno continuato a modificare il prototipo di protesi sviluppando nuove tecniche di produzione additiva che avrebbero consentito un migliore adattamento al palmo di Fraticelli, creando un dispositivo protesico più confortevole e aderente alla forma.
Hanno convalidato che la personalizzazione della protesi ha aumentato il contatto tra il tessuto di Fraticelli e la protesi di quasi quattro volte rispetto ai dispositivi non personalizzati. Questa maggiore area di contatto li ha aiutati a individuare dove distribuire gli array di elettrodi di rilevamento per testare la distribuzione della pressione, il che li ha aiutati a migliorare ulteriormente il design.
Gli esperimenti di rilevamento sono stati condotti utilizzando due protesi personalizzate con e senza array di elettrodi di rilevamento. Eseguendo questi esperimenti con Fraticelli, hanno scoperto che la distribuzione della pressione era diversa quando rilassava la mano rispetto a tenerla in una postura flessa.
"La mancata corrispondenza tra la pelle morbida e l'interfaccia rigida è ancora un problema che ridurrà la conformità", ha affermato Tong. "Gli array di elettrodi di rilevamento possono aprire un'altra nuova area per migliorare il design delle protesi dal punto di vista della distribuzione di un migliore equilibrio di pressione".
Nel complesso, Fraticelli ritiene che la nuova protesi personalizzata migliori il suo livello di comfort. Poiché la sua mano è morbida e mutevole in diverse posizioni e il materiale protesico è rigido e fisso, il livello di conformità può continuare a cambiare.
Le protesi personalizzate hanno ancora spazio per miglioramenti e il team di Johnson continuerà a ricercare e sviluppare nuove tecniche di produzione additiva per apportare miglioramenti ai dispositivi bionici indossabili.
Questa ricerca è stata supportata dalla National Science Foundation (Division of Undergraduate Education) e dallo Student Engineers' Council della Virginia Tech; Programma di ricerca interdisciplinare per laureati in ingegneria dei tessuti computazionale; e Istituto per la creatività, le arti e la tecnologia.
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Tempo di pubblicazione: 14-aprile-2019