Die Verbesserung der 3D-gedruckte Prothesen und Integration von elektronischen sensoren

Mit dem Wachstum von 3D-Druck, ist es möglich, 3D-drucken Sie Ihre eigenen Prothesen von den Modellen finden sich in open-source-Datenbanken.

Aber die Modelle fehlen personalisierter, elektronischer Benutzer-Schnittstellen, wie Sie in kostspieligen, state-of-the-art-Prothetik.

Nun, ein Virginia-Tech-professor und mit seinem interdisziplinären team von undergraduate-student Forscher haben Fortschritte bei der Integration von elektronischen sensoren mit personalisierten 3D-gedruckte Prothesen — eine Entwicklung, die eines Tages dazu führen, dass mehr bezahlbare elektrisch angetriebene Prothesen.

Dieses neu veröffentlichte Forschungsergebnisse aus dem Labor von Blake Johnson, Virginia Tech University assistant professor in Industrie-und systems engineering, machte einen Schritt vorwärts bei der Verbesserung der Funktionalitäten des 3D-gedruckte personalisierte wearable systems.

Durch die Integration von elektronischen sensoren an der Kreuzung zwischen der Prothetik und der Träger in das Gewebe, können die Forscher sammeln Informationen im Zusammenhang mit prothetischen Funktion und Komfort, wie der Druck über Träger – Gewebe, die helfen können, verbessern Sie weitere Iterationen der diese Arten von Prothesen.

Die integration von Materialien in form-fitting Regionen der 3D-gedruckte Prothesen, die über eine konforme 3D-Druck-Technik, anstelle der manuellen integration nach dem drucken, könnte auch den Weg ebnen für einzigartige Möglichkeiten bei der Abstimmung der Härte des Trägers Gewebe und der Integration von sensoren in verschiedenen Standorten der form-fitting-Schnittstelle. Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-drucken, das umfasst das abscheiden von material in a layer-by-layer-Mode auf eine flache Oberfläche, konforme 3D-Druck ermöglicht die Abscheidung von Materialien auf gekrümmten Oberflächen und Objekte.

Nach Yuxin Tong, einer Industrie-und systems-engineering-student im Aufbaustudium und ersten Autor von der Studie, das ultimative Ziel ist das erstellen von engineering-Praktiken und-Prozesse erreichen, dass möglichst viele Menschen, angefangen mit einer Anstrengung, bei der Entwicklung einer Prothese für eine lokale teenager.

„Hoffentlich, jeder Elternteil könnte Folgen Sie der Beschreibung aus dem Papier, das wir veröffentlicht und Entwicklung eines low-cost-personalisierte prothetische hand, für sein oder Ihr Kind,“ Tong sagte.

Zur Entwicklung der Prothetik integriert mit elektronischen sensoren, die Forscher begannen mit 3D-scan-Daten, ähnlich der Aufnahme von Bildern in verschiedenen Winkeln, um die vollständige form eines Objekts-in diesem Fall eine Form der teenager Glied.

Sie werden dann verwendet, 3D-scan-Daten bei der Anleitung der integration der sensoren in die form-fitting Hohlraum der Prothese über eine konforme 3D-Druck-Technik.

Der Prozess entwickelte durch das research-team wird sich verleihen zu weiteren Anwendungen in der personalisierten Medizin und der Entwurf von wearable-Systemen.

„Die Personalisierung und die änderung der Eigenschaften und Funktionalitäten von wearable-system-Schnittstellen mit dem 3D-Scannen und 3D-drucken, öffnet die Tür, um das design und die Herstellung von neuen Technologien für die menschliche Betreuung und Gesundheitsversorgung sowie die Untersuchung grundlegender Fragen im Zusammenhang mit der Funktion und Komfort wearable-Systeme,“ Johnson sagte,.

Johnson ‚ s Forschung in die prothetische Hände, die inspiriert wurde, als er erfuhr über seinen Kollegen, der Tochter, Josie Fraticelli, dann 12 Jahre alt, die geboren wurden mit amniotic band-Syndrom. Während in utero der Entwicklung Ihre hand angehalten. String-wie amniotic bands beschränkt, die Durchblutung und beeinflusst die Entwicklung der rechten hand, was zu einem Mangel an Bildung über die Finger.

Johnson verwendet seine verwandten Forschungs-know-how in der Additiven biomanufacturing und ein team von interdisziplinären Bachelor-Forscher-zu-3D-Druck-die bionische hand für die Fraticelli, die die Grundlage der jetzt veröffentlichten Forschungsergebnisse.

Wie arbeiteten Sie mit Fraticelli, Sie weiterhin optimieren der Prototyp prothetischen durch die Entwicklung neuer additive manufacturing Techniken, die erlauben würde, für eine bessere Passform zu Fraticelli ‚ s palm, erstellen eine mehr bequeme, gut sitzende Prothese.

Sie bestätigt, dass die Personalisierung der prothetischen erhöht den Kontakt zwischen Fraticelli ‚ s Gewebe und die Prothese um fast das vierfache im Vergleich zu nicht-personalisierten Geräten. Diese erhöhte Kontaktfläche half Ihnen, festzulegen, wo Sie bereitstellen sensing-Elektroden-arrays, zu testen, die Druckverteilung, die Ihnen geholfen, um weiter zu verbessern das design.

Sensing-Experimente wurden mit zwei personalisierte Prothetik mit und ohne sensing-Elektroden-arrays. Durch die Ausführung dieser Experimente mit Fraticelli, fanden Sie heraus, dass die Druckverteilung war anders, als Sie entspannt Ihre hand gegen Ihre hand hielt, in eine Gebeugte Haltung.

„Die Diskrepanz zwischen der weichen Haut und an der starren Oberfläche ist immer noch ein problem, dass die Verringerung der Konformität“, sagte Tong. „Der sensing-Elektroden-arrays möglicherweise öffnet sich wieder ein neues Gebiet zur Verbesserung der Prothetik design aus der Perspektive der Verteilung, eine bessere balance von Druck.“

Insgesamt Fraticelli hat das Gefühl, dass die neue personalisierte Prothesen verbessert Ihren Komfort. Da sich Ihre hand ist weich und veränderbar unter verschiedenen Körperhaltungen und das prothetische material ist starr und fest, der Grad der übereinstimmung kann sich weiter verändern.

Personalisierte Prothetik immer noch Raum für Verbesserungen, und Johnson ‚ s-team wird auch weiterhin die Forschung und Entwicklung neuer Techniken in die additive Fertigung, um Verbesserungen auf tragbare Bionik-Geräte.

Diese Forschung wurde unterstützt von der National Science Foundation (Division of Undergraduate Education) und von der Virginia-Tech-Student-Ingenieure, “ Rat; Computational Tissue-Engineering-Interdisziplinäre Graduiertenkolleg; und das Institut für Kreativität, Kunst und Technologie.