Com o crescimento da impressão 3D, é perfeitamente possível imprimir em 3D sua própria prótese a partir de modelos encontrados em bancos de dados de código aberto.
Mas esses modelos carecem de interfaces de usuário eletrônicas personalizadas, como as encontradas em próteses caras e de última geração.
Agora, um professor da Virginia Tech e sua equipe interdisciplinar de pesquisadores estudantes de graduação fizeram incursões na integração de sensores eletrônicos com próteses personalizadas impressas em 3D – um desenvolvimento que um dia poderia levar a próteses elétricas mais acessíveis.
Esta pesquisa recém-publicada do laboratório de Blake Johnson, professor assistente da Virginia Tech em engenharia industrial e de sistemas, deu um passo à frente na melhoria das funcionalidades dos sistemas vestíveis personalizados impressos em 3D.
Ao integrar sensores eletrônicos na interseção entre uma prótese e o tecido do usuário, os pesquisadores podem coletar informações relacionadas à função e ao conforto da prótese, como a pressão no tecido do usuário, que pode ajudar a melhorar as iterações desses tipos de próteses.
A integração de materiais em regiões de encaixe de próteses impressas em 3D por meio de uma técnica de impressão 3D conformada, em vez de integração manual após a impressão, também pode abrir caminho para oportunidades únicas de combinar a dureza do tecido do usuário e integrar sensores em diferentes locais na interface de ajuste de formulário. Ao contrário da impressão 3D tradicional que envolve o depósito de material camada por camada em uma superfície plana, a impressão 3D conformada permite a deposição de materiais em superfícies e objetos curvos.
De acordo com Yuxin Tong, estudante de pós-graduação em engenharia industrial e de sistemas e primeiro autor do estudo publicado, o objetivo final é criar práticas e processos de engenharia que possam atingir o maior número possível de pessoas, começando com um esforço para ajudar a desenvolver uma prótese para um adolescente local.
“Esperamos que todos os pais possam seguir a descrição do artigo que publicamos e desenvolver uma mão protética personalizada de baixo custo para seu filho”, disse Tong.
Para desenvolver as próteses integradas a sensores eletrônicos, os pesquisadores começaram com dados de digitalização 3D, que é semelhante a tirar fotos em vários ângulos para obter a forma completa de um objeto – no caso, um molde do membro do adolescente.
Eles então usaram dados de digitalização 3D para guiar a integração de sensores na cavidade da prótese usando uma técnica de impressão 3D conformada.
O processo desenvolvido pela equipe de pesquisa se prestará a outras aplicações em medicina personalizada e design de sistemas vestíveis.
“Personalizar e modificar as propriedades e funcionalidades das interfaces de sistemas vestíveis usando digitalização 3D e impressão 3D abre as portas para o projeto e fabricação de novas tecnologias para assistência humana e cuidados de saúde, além de examinar questões fundamentais associadas à função e conforto dos sistemas vestíveis ”, disse Jonhson.
A pesquisa de Johnson sobre mãos protéticas foi inspirada quando ele soube da filha de seu colega, Josie Fraticelli, então com 12 anos, que nasceu com síndrome da banda amniótica. Enquanto no útero, o desenvolvimento de sua mão parou. Bandas amnióticas semelhantes a cordas restringiam o fluxo sanguíneo e afetavam o desenvolvimento da mão direita, causando uma falta de formação além dos nós dos dedos.
Johnson usou sua experiência de pesquisa relacionada em biomanufatura aditiva e uma equipe interdisciplinar de pesquisadores de graduação para imprimir em 3D a mão biônica para Fraticelli que se tornaria a base da pesquisa agora publicada.
Enquanto trabalhavam com Fraticelli, eles continuaram aprimorando o protótipo protético desenvolvendo novas técnicas de manufatura aditiva que permitiriam um melhor ajuste à palma da mão de Fraticelli, criando um dispositivo protético mais confortável e ajustado à forma.
Eles validaram que a personalização da prótese aumentou o contato entre o tecido de Fraticelli e a prótese em quase quatro vezes em comparação com dispositivos não personalizados. Essa área de contato aumentada os ajudou a identificar onde implantar matrizes de eletrodos de detecção para testar a distribuição de pressão, o que os ajudou a melhorar ainda mais o design.
Os experimentos de detecção foram conduzidos usando duas próteses personalizadas com e sem eletrodos de detecção. Ao executar esses experimentos com Fraticelli, eles descobriram que a distribuição da pressão era diferente quando ela relaxava a mão versus segurando a mão em uma postura flexionada.
“A incompatibilidade entre a pele macia e a interface rígida ainda é um problema que reduzirá a conformidade”, disse Tong. “As matrizes de eletrodos sensores podem abrir outra nova área para melhorar o design das próteses na perspectiva de distribuir um melhor equilíbrio de pressão”.
No geral, Fraticelli sente que a nova prótese personalizada melhora seu nível de conforto. Como sua mão é macia e mutável sob diferentes posturas e o material protético é rígido e fixo, o nível de conformidade pode continuar a mudar.
As próteses personalizadas ainda têm espaço para melhorias, e a equipe de Johnson continuará pesquisando e desenvolvendo novas técnicas de manufatura aditiva para fazer melhorias em dispositivos biônicos vestíveis.
Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation (Divisão de Educação de Graduação) e pelo Conselho de Engenheiros Estudantis da Virginia Tech; Programa de Pós-Graduação Interdisciplinar em Engenharia de Tecidos Computacional; e Instituto de Criatividade, Artes e Tecnologia.
Receba as últimas notícias científicas com os boletins informativos por e-mail gratuitos do ScienceDaily, atualizados diariamente e semanalmente. Ou veja feeds de notícias atualizados de hora em hora em seu leitor de RSS:
Diga-nos o que você pensa sobre o ScienceDaily - agradecemos comentários positivos e negativos. Tem algum problema ao usar o site? Perguntas?
Horário da postagem: 14 de abril de 2019