3D 프린팅의 성장과 함께 오픈 소스 데이터베이스에 있는 모델에서 자신의 의족을 3D 프린팅하는 것이 완전히 가능합니다.
그러나 이러한 모델에는 값비싼 최첨단 보철물에서 볼 수 있는 것과 같은 개인화된 전자 사용자 인터페이스가 없습니다.
이제 버지니아 공대 교수와 학부생 연구원으로 구성된 학제 간 팀은 전자 센서를 개인화 된 3D 인쇄 보철과 통합하는 데 진출했습니다. 언젠가는 더 저렴한 전기 동력 보철로 이어질 수있는 개발입니다.
버지니아 공대의 산업 및 시스템 공학 조교수인 블레이크 존슨(Blake Johnson)의 연구실에서 새로 발표된 이 연구는 3D 인쇄된 개인화 웨어러블 시스템의 기능을 개선하는 데 한 걸음 더 나아갔습니다.
보철물과 착용자의 조직 사이의 교차점에 전자 센서를 통합함으로써 연구원들은 이러한 유형의 보철물의 추가 반복을 개선하는 데 도움이 될 수 있는 착용자의 조직을 가로지르는 압력과 같은 보철 기능 및 편안함과 관련된 정보를 수집할 수 있습니다.
인쇄 후 수동 통합 대신 등각 3D 인쇄 기술을 통해 3D 인쇄 보철물의 형태 맞춤 영역 내 재료 통합은 착용자의 조직 경도를 일치시키고 서로 다른 위치에 센서를 통합하는 독특한 기회를 위한 길을 열 수 있습니다. 폼 피팅 인터페이스 전반에 걸친 위치. 평평한 표면에 레이어별로 재료를 증착하는 기존의 3D 프린팅과 달리 등각 3D 프린팅은 곡면과 물체에 재료를 증착할 수 있습니다.
산업 및 시스템 공학 대학원생이자 출판된 연구의 제1 저자인 Yuxin Tong에 따르면, 궁극적인 목표는 한 사람을 위한 보철물 개발을 돕기 위한 노력으로 시작하여 가능한 한 많은 사람들에게 다가갈 수 있는 엔지니어링 관행과 프로세스를 만드는 것이라고 합니다. 지역 십대.
“모든 부모가 우리가 출판한 논문의 설명을 따르고 자녀를 위한 저렴한 개인 의수를 개발할 수 있기를 바랍니다.”라고 Tong이 말했습니다.
전자 센서와 통합된 보철물을 개발하기 위해 연구원들은 3D 스캐닝 데이터로 시작했습니다. 이는 다양한 각도에서 사진을 찍어 사물의 완전한 형태를 얻는 것과 유사합니다. 이 경우에는 십대의 사지 몰드입니다.
그런 다음 3D 스캐닝 데이터를 사용하여 등각 3D 인쇄 기술을 사용하여 보철물의 형태 맞춤 공동에 센서를 통합하도록 안내했습니다.
연구팀이 개발한 프로세스는 개인화 의학 및 웨어러블 시스템 설계의 추가 응용 프로그램에 활용될 것입니다.
"3D 스캐닝 및 3D 프린팅을 사용하여 웨어러블 시스템 인터페이스의 특성과 기능을 개인화하고 수정하면 인간 지원 및 의료를 위한 새로운 기술의 설계 및 제조는 물론 웨어러블 시스템의 기능 및 편안함과 관련된 근본적인 질문을 검토할 수 있습니다. "라고 존슨이 말했다.
의수에 대한 Johnson의 연구는 양수 띠 증후군을 갖고 태어난 당시 12세였던 동료의 딸 Josie Fraticelli에 대해 알게 되었을 때 영감을 받았습니다. 자궁에 있는 동안 손의 발달이 멈췄습니다. 끈 모양의 양막 밴드는 혈류를 제한하고 오른손의 발달에 영향을 주어 손가락 관절을 넘어 형성되지 않게 합니다.
Johnson은 적층 생물제조 분야의 관련 연구 전문 지식과 학제 간 학부 연구원 팀을 사용하여 현재 발표된 연구의 기초가 될 Fraticelli의 생체 공학적 손을 3D 인쇄했습니다.
그들은 Fraticelli와 함께 작업하면서 Fraticelli의 손바닥에 더 잘 맞도록 하고 더 편안하고 형태에 맞는 보철 장치를 만들 수 있는 새로운 적층 제조 기술을 개발하여 프로토타입 보철물을 계속 수정했습니다.
그들은 보철물의 개인화로 인해 개인화되지 않은 장치에 비해 Fraticelli의 조직과 보철물 사이의 접촉이 거의 4배 증가했음을 확인했습니다. 이렇게 증가된 접촉 영역은 압력 분포를 테스트하기 위해 감지 전극 어레이를 배치할 위치를 정확히 찾아내는 데 도움이 되었으며 설계를 더욱 개선하는 데 도움이 되었습니다.
감지 실험은 감지 전극 어레이가 있거나 없는 두 개의 개인 맞춤 보철물을 사용하여 수행되었습니다. Fraticelli와 함께 이러한 실험을 실행함으로써, 그들은 손을 이완할 때와 구부린 자세에서 손을 잡을 때 압력 분포가 다르다는 것을 발견했습니다.
Tong은 "부드러운 피부와 단단한 계면 사이의 불일치는 여전히 적합성을 감소시키는 문제입니다."라고 말했습니다. "감지 전극 어레이는 압력 균형을 더 잘 분산시키는 관점에서 보철 디자인을 개선하기 위해 또 다른 새로운 영역을 열 수 있습니다."
전반적으로, Fraticelli는 새로운 맞춤형 의수가 그녀의 편안함 수준을 향상시킨다고 생각합니다. 그녀의 손은 부드럽고 다양한 자세에서 변할 수 있고 보철물은 단단하고 고정되어 있기 때문에 순응도는 계속해서 변할 수 있습니다.
개인화된 보철은 여전히 개선의 여지가 있으며 Johnson의 팀은 웨어러블 생체 공학 장치를 개선하기 위해 적층 제조의 새로운 기술을 계속 연구하고 개발할 것입니다.
이 연구는 국립 과학 재단(학부 교육부)과 버지니아 공대의 학생 엔지니어 협의회의 지원을 받았습니다. 전산 조직 공학 학제 간 대학원 연구 프로그램; 및 창의성, 예술 및 기술 연구소.
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게시 시간: 2019년 4월 14일