С ростом 3D-печати вполне возможно 3D-печатать свой собственный протез из моделей, найденных в базах данных с открытым исходным кодом.
Но в этих моделях отсутствуют персонализированные электронные пользовательские интерфейсы, как в дорогих современных протезах.
Теперь профессор Технологического института Вирджинии и его междисциплинарная группа студентов-исследователей добились успехов в интеграции электронных датчиков с персонализированными протезами, напечатанными на 3D-принтере, — разработка, которая однажды может привести к более доступным протезам с электроприводом.
Это недавно опубликованное исследование, проведенное в лаборатории Блейка Джонсона, доцента Технологического института Вирджинии в области промышленного и системного проектирования, сделало шаг вперед в улучшении функциональных возможностей персонализированных носимых систем, напечатанных на 3D-принтере.
Интегрируя электронные датчики на пересечении между протезом и тканями пользователя, исследователи могут собирать информацию, связанную с функцией протеза и комфортом, такую как давление на ткани пользователя, что может помочь улучшить дальнейшие итерации этих типов протезов.
Интеграция материалов в облегающие области протезов, напечатанных на 3D-принтере, с помощью техники конформной 3D-печати вместо ручной интеграции после печати также может открыть путь к уникальным возможностям согласования твердости тканей пользователя и интеграции датчиков в различных точках. местоположения через облегающий интерфейс. В отличие от традиционной 3D-печати, при которой материал послойно наносится на плоскую поверхность, конформная 3D-печать позволяет наносить материалы на изогнутые поверхности и объекты.
По словам Юсин Тонга, аспиранта по промышленной и системной инженерии и первого автора опубликованного исследования, конечной целью является создание инженерных практик и процессов, которые могли бы охватить как можно больше людей, начиная с усилий по разработке протеза для одного человека. местный подросток.
«Мы надеемся, что каждый родитель сможет следовать описанию из статьи, которую мы опубликовали, и разработать недорогой персонализированный протез руки для своего ребенка», — сказал Тонг.
Чтобы разработать протез, интегрированный с электронными датчиками, исследователи начали с данных 3D-сканирования, которое похоже на фотографирование под разными углами, чтобы получить полную форму объекта — в данном случае слепка конечности подростка.
Затем они использовали данные 3D-сканирования для управления интеграцией датчиков в облегающую полость протеза с использованием техники конформной 3D-печати.
Процесс, разработанный исследовательской группой, найдет дальнейшее применение в персонализированной медицине и разработке носимых систем.
«Персонализация и изменение свойств и функций интерфейсов носимых систем с использованием 3D-сканирования и 3D-печати открывает двери для разработки и производства новых технологий для помощи человеку и здравоохранения, а также для изучения фундаментальных вопросов, связанных с функциями и комфортом носимых систем. ", - сказал Джонсон.
На исследования Джонсона в области протезов рук он вдохновился, когда узнал о дочери своего коллеги Джози Фратичелли, которой тогда было 12 лет и которая родилась с синдромом амниотической перетяжки. В период внутриутробного развития ее рука остановилась. Струнообразные амниотические тяжи ограничивали кровоток и влияли на развитие правой руки, вызывая отсутствие образования за суставами.
Джонсон использовал свой исследовательский опыт в области аддитивного биопроизводства и команду междисциплинарных студентов-исследователей для 3D-печати бионической руки для Фратичелли, которая станет основой опубликованного исследования.
Работая с Фратичелли, они продолжали дорабатывать прототип протеза, разрабатывая новые технологии аддитивного производства, которые позволили бы лучше приспособить его к ладони Фратичелли, создавая более удобное протезное устройство, подходящее по форме.
Они подтвердили, что персонализация протеза увеличила контакт между тканью Фратичелли и протезом почти в четыре раза по сравнению с неперсонализированными устройствами. Эта увеличенная площадь контакта помогла им точно определить, где разместить массивы чувствительных электродов для проверки распределения давления, что помогло им еще больше улучшить конструкцию.
Эксперименты по восприятию проводились с использованием двух персонифицированных протезов с матрицами чувствительных электродов и без них. Проведя эти эксперименты с Фратичелли, они обнаружили, что распределение давления было другим, когда она расслабила руку по сравнению с тем, когда она держала руку в согнутом положении.
«Несоответствие между мягкой оболочкой и жестким интерфейсом по-прежнему является проблемой, которая снижает соответствие», — сказал Тонг. «Матрицы чувствительных электродов могут открыть еще одну новую область для улучшения конструкции протезов с точки зрения распределения лучшего баланса давления».
В целом, Фратичелли считает, что новый персонализированный протез повышает ее уровень комфорта. Поскольку ее рука мягкая и подвижная в различных позах, а материал протеза жесткий и фиксированный, уровень соответствия может продолжать меняться.
В персонализированных протезах еще есть место для улучшений, и команда Джонсона продолжит исследования и разработку новых методов аддитивного производства для улучшения носимых бионических устройств.
Это исследование было поддержано Национальным научным фондом (Отдел высшего образования) и Советом студентов-инженеров Технологического института Вирджинии; Программа междисциплинарных исследований для выпускников вычислительной инженерии тканей; и Институт творчества, искусств и технологий.
Получайте последние новости науки с бесплатными информационными бюллетенями ScienceDaily по электронной почте, обновляемыми ежедневно и еженедельно. Или просматривайте ежечасно обновляемые новостные ленты в своем RSS-ридере:
Расскажите нам, что вы думаете о ScienceDaily — мы приветствуем как положительные, так и отрицательные комментарии. Возникли проблемы с использованием сайта? Вопросы?
Время публикации: 14 апреля 2019 г.