Med tillväxten av 3D-utskrift är det fullt möjligt att 3D-skriva ut din egen protes från modeller som finns i databaser med öppen källkod.
Men dessa modeller saknar personliga elektroniska användargränssnitt som de som finns i dyra, toppmoderna proteser.
Nu har en professor i Virginia Tech och hans tvärvetenskapliga team av forskare på grundutbildningen gjort intåg i att integrera elektroniska sensorer med personliga 3D-utskrivna proteser - en utveckling som en dag kan leda till mer överkomliga eldrivna proteser.
Denna nyligen publicerade forskning från Blake Johnsons labb, en biträdande professor i Virginia Tech i industri- och systemteknik, tog ett steg framåt för att förbättra funktionaliteterna hos 3D-utskrivna personliga bärbara system.
Genom att integrera elektroniska sensorer i skärningspunkten mellan en protes och bärarens vävnad, kan forskarna samla in information relaterad till protesens funktion och komfort, såsom trycket över bärarens vävnad, som kan hjälpa till att förbättra ytterligare iterationer av dessa typer av proteser.
Integreringen av material inom formanpassade områden av 3D-tryckta proteser via en konform 3D-utskriftsteknik, istället för manuell integrering efter utskrift, skulle också kunna bana väg för unika möjligheter att matcha hårdheten i bärarens vävnad och och integrera sensorer vid olika platser över det formanpassade gränssnittet. Till skillnad från traditionell 3D-utskrift som involverar avsättning av material på ett lager-för-lager-sätt på en plan yta, tillåter konform 3D-utskrift avsättning av material på krökta ytor och föremål.
Enligt Yuxin Tong, en forskarstuderande inom industri- och systemteknik och första författare till den publicerade studien, är det slutliga målet att skapa ingenjörspraxis och processer som kan nå så många människor som möjligt, med början i ett försök att hjälpa till att utveckla en protes för en. lokal tonåring.
"Förhoppningsvis kan varje förälder följa beskrivningen från tidningen vi publicerade och utveckla en billig personlig handprotes för sitt barn," sa Tong.
För att utveckla proteserna integrerade med elektroniska sensorer började forskarna med 3D-skanningsdata, som liknar att ta bilder i olika vinklar för att få hela formen av ett föremål - i det här fallet en form av tonåringens lem.
De använde sedan 3D-skanningsdata för att vägleda integreringen av sensorer i den formanpassade håligheten i protesen med en konform 3D-utskriftsteknik.
Processen som utvecklats av forskargruppen kommer att lämpa sig för ytterligare tillämpningar inom personlig medicin och design av bärbara system.
"Att personifiera och modifiera egenskaperna och funktionerna hos bärbara systemgränssnitt med 3D-skanning och 3D-utskrift öppnar dörren till design och tillverkning av ny teknik för mänsklig assistans och hälsovård samt undersöker grundläggande frågor som är förknippade med funktionen och komforten hos bärbara system ", sa Johnson.
Johnsons forskning om händerproteser inspirerades när han fick veta om sin kollegas dotter, Josie Fraticelli, då 12 år gammal, som hade fötts med fostervattenbandssyndrom. När hon var i livmodern avstannade utvecklingen av hennes hand. Strängliknande fostervattensband begränsade blodflödet och påverkade utvecklingen av höger hand, vilket orsakade en brist på bildning bortom knogarna.
Johnson använde sin relaterade forskningsexpertis inom additiv biotillverkning och ett team av tvärvetenskapliga grundforskare för att 3D-printa den bioniska handen för Fraticelli som skulle bli grunden för den nu publicerade forskningen.
När de arbetade med Fraticelli fortsatte de att finjustera prototypen av protesen genom att utveckla nya additiv tillverkningsteknik som skulle möjliggöra en bättre passform till Fraticellis handflata, vilket skapade en bekvämare, formanpassad protesanordning.
De validerade att personaliseringen av protesen ökade kontakten mellan Fraticellis vävnad och protesen med nästan fyra gånger jämfört med icke-personaliserade enheter. Denna ökade kontaktyta hjälpte dem att hitta var de skulle installera avkänningselektroduppsättningar för att testa tryckfördelningen, vilket hjälpte dem att ytterligare förbättra designen.
Avkänningsexperiment utfördes med användning av två personliga proteser med och utan avkänningselektroduppsättningar. Genom att köra dessa experiment med Fraticelli fann de att tryckfördelningen var annorlunda när hon slappnade av sin hand jämfört med att hålla handen i en böjd ställning.
"Obalansen mellan den mjuka huden och det stela gränssnittet är fortfarande ett problem som kommer att minska överensstämmelsen," sa Tong. "Avkänningselektroduppsättningarna kan öppna ytterligare ett nytt område för att förbättra protetikdesignen ur perspektivet att fördela en bättre tryckbalans."
Sammantaget känner Fraticelli att den nya personliga protesen förbättrar hennes komfortnivå. Eftersom hennes hand är mjuk och föränderlig under olika ställningar och protesmaterialet är stelt och fixerat, kan nivån av konformitet fortsätta att förändras.
Personliga proteser har fortfarande utrymme för förbättringar, och Johnsons team kommer att fortsätta att forska och utveckla nya tekniker inom additiv tillverkning för att göra förbättringar av bärbara bioniska enheter.
Denna forskning stöddes av National Science Foundation (avdelningen för grundutbildning) och av Virginia Techs Studentingenjörsråd; Computational Tissue Engineering Interdisciplinary Graduate Research Program; och Institutet för kreativitet, konst och teknik.
Få de senaste vetenskapsnyheterna med ScienceDailys kostnadsfria nyhetsbrev via e-post, som uppdateras dagligen och varje vecka. Eller se uppdaterade nyhetsflöden varje timme i din RSS-läsare:
Berätta för oss vad du tycker om ScienceDaily - vi välkomnar både positiva och negativa kommentarer. Har du problem med att använda sidan? Frågor?
Posttid: 2019-apr-14