С ростом 3-D печати, вполне возможно распечатать свой собственный протез из моделей, найденных в базах данных с открытым исходным кодом. Но эти модели не имеют персонализированных электронных пользовательских интерфейсов, таких как в дорогостоящих, современных протезах.
Теперь, профессор технологии Вирджинии и его междисциплинарная команда исследователей студента бакалавриата попробовали интегрировать электронные датчики с персонализированными 3-D напечатанными протезами, что могло привести к более доступному протезированию.
Это недавно опубликованное исследование из лаборатории Блейка Джонсона, доцента Virginia Tech в области промышленной и системной инженерии, сделало шаг вперед в улучшении функциональных возможностей 3-D-печатных персонализированных носимых систем.
Путем интегрирования электронных датчиков на пересечении между протезом и тканью владельца, исследователи могут собрать информацию связанную с протезной функцией и комфортом, как давление через ткань владельца, которая может помочь улучшить дальнейшие итерации этих типов протезирования.
Интеграция материалов в области 3-D-печатного протезирования с помощью конформной 3-D-печатной техники вместо ручной интеграции после печати также может проложить путь к уникальным возможностям в соответствии с твердостью ткани владельца и интегрирующих датчиков в разных местах по интерфейсу формы. В отличие от традиционной 3-D печати, которая включает нанесение материала послойно на плоскую поверхность, конформная 3-D печать позволяет наносить материалы на криволинейные поверхности и объекты.
По словам Юйсин Тонг, аспиранта и первого автора опубликованного исследования, конечной целью является создание инженерных практик и процессов, которые могут охватить как можно больше людей, начиная с усилий по разработке протеза для одного местного подростка.
"Надеюсь, каждый родитель мог бы следовать описанию из статьи, которую мы опубликовали, и разработать недорогую персонализированную протезную руку для своего ребенка",-сказал Тонг.
Для разработки протезов, интегрированных с электронными датчиками, исследователи начали с данных 3—D сканирования, которые аналогичны съемке под разными углами для получения полной формы объекта-в данном случае, формы конечности подростка.
Затем они использовали данные 3-D сканирования для руководства интеграцией датчиков в полость формы протеза с использованием конформной техники 3-D печати.
Процесс, разработанный исследовательской группой, поддастся дальнейшему применению в персонализированной медицине и разработке носимых систем.
"Персонализация и изменение свойств и функциональных возможностей носимых системных интерфейсов с использованием трехмерного сканирования и трехмерной печати открывает двери для разработки и производства новых технологий для оказания помощи людям и здравоохранения, а также изучения фундаментальных вопросов, связанных с функцией и комфортом носимых систем",-сказал Джонсон.
Исследования Джонсона в области протезирования рук были вдохновлены, когда он узнал о дочери своего коллеги, Джози Фратичелли, которой тогда было 12 лет, которая родилась с синдромом околоплодных вод. Во время беременности развитие ее руки остановилось. Струноподобные амниотические полосы ограничивали кровоток и влияли на развитие правой руки, вызывая отсутствие образования за костяшками пальцев.
Джонсон использовал свой опыт в области аддитивного биомануфактурирования и команду междисциплинарных исследователей бакалавриата для 3D-печати бионической руки для Fraticelli, которая станет основой теперь опубликованных исследований.
Работая с Фратичелли, они продолжали настраивать прототип протеза, разрабатывая новые технологии аддитивного производства, которые позволили бы лучше соответствовать ладони Фратичелли, создавая более удобное, облегающее протезное устройство.
Они подтвердили, что персонализация протеза увеличила контакт между тканью Фратичелли и протезом почти в четыре раза по сравнению с неперсонифицированными устройствами. Эта увеличенная площадь контакта помогла им определить, где развернуть чувствительные электродные решетки для проверки распределения давления, что помогло им еще больше улучшить конструкцию.
Зондирующие эксперименты проводились с использованием двух персонализированных протезов с сенсорными электродными решетками и без них. Проведя эти эксперименты с Фратичелли, они обнаружили, что распределение давления было иным, когда она расслабляла руку, а не держала ее в согнутой позе.
"Несоответствие между мягкой кожей и жестким интерфейсом по-прежнему является проблемой, которая уменьшит соответствие", - сказал Тонг. "Чувствительные электродные решетки могут открыть еще одну новую область для улучшения конструкции протезов с точки зрения распределения лучшего баланса давления."
В целом, Fraticelli чувствует, что новый персонализированный протез улучшает ее уровень комфорта. Поскольку ее рука мягкая и изменчивая при различных позах, а протез жесткий и неподвижный, уровень соответствия может продолжать меняться.
Персонализированные протезы по-прежнему имеют место для улучшений, и команда Джонсона продолжит исследования и разработку новых методов аддитивного производства для улучшения носимых бионических устройств.
