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3D打印假肢不仅仅是伸出援助之手。

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亚伦·皮尔森 - 2020年3月20日
亚伦·皮尔森 - 2020年3月20日

也许用不了多久,我们就会看到第一个大联盟棒球运动员使用3D打印假肢打球。可能是这样克鲁兹拉莫斯,或者它将是Hailey道森她用3D打印的假手来追求她的目标投出第一球在每个大联盟棒球场。






这孩子正在扬名立万。#haileyshand #波兰综合征# 30岁之旅


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根据世界卫生组织的数据,美国有200万人,全球有3000万人像海莉和克鲁兹一样没有四肢。然而,在3D打印技术出现之前,只有不到20%的人拥有可以帮助提高生活质量的假肢。根据肢体的不同,价格从5000美元到5万美元不等,对许多人来说,这是一件奢侈品,尤其是那些不断成长的孩子,父母很难轻易地为他们的每一个成长高峰支付几千美元。此外,在进行测量和将传统假肢交还给患者之间的这段时间里,孩子很可能在接受假肢之前就已经长大了。孩子就是孩子,他们比谨慎的成年人更有可能损坏他们的假肢。在这种情况下,3D打印是一种可行的解决方案,可以提供更容易和快速更换的义肢,减轻一些经济负担,让孩子和其他有需要的人尽管有残疾或身体畸形,也能过上非凡的生活。

就像生活中的许多事情一样,当涉及到假肢时,没有一刀切的东西。不仅仅是尺寸,每一个小细节都必须为穿着者定制,以获得最佳的合身度。Jason Bara是阿拉巴马大学化学和生物工程系的副教授阿拉巴马假肢项目成立。该公司的目标是通过3D打印为没有手的儿童制作义肢他告诉我们,“最具挑战性的部分是为患者量身定制假肢,进行测量等。在那之后,设计过程完全数字化,有了可靠的3D打印机,假肢最多可以在几小时到几天内生产出来。”Bara补充道:“3D打印的优势在于人们可以根据个人的需求进行各种定制。”现在,随着3D扫描和身体建模技术的发展,自然贴合的义肢可以很容易地设计和制造,以满足患者的要求。3D打印允许创建负担得起的,轻量级的,定制的,合身的假肢,特别是对于正在成长的儿童。

虽然由于3D打印,假肢已经取得了长足的进步,使它们更便宜,更容易定制,总体上更容易为更多人所使用,但仍有很大的改进和发展空间。即使是通过佩戴者肌肉产生的信号来控制的肌电假肢,也需要佩戴者高度的注意力和专注力才能抓住物体。一组研究人员来自卡尔斯鲁厄理工学院(德国卡尔斯鲁厄)正试图通过其新开发的KIT义肢手来改变这一现状,该公司试图通过智能机制来“减轻用户的认知负担”,该机制可以感知物体,并允许握握的形状适应物体的形状。该项目的开展是为了响应调查,这些调查显示,肌电假体佩戴者希望减少用假体手抓住物体所需的视觉注意力。肌电义肢手是通过骨骼肌产生的肌电图(EMG)信号来控制的,需要用户集中注意力在抓取任务上,以定位和定位义肢来抓取物体。

据调查人员在他们最近的研究KIT手是第一个将位于手掌底部的摄像头与传感器、先进的嵌入式系统和手背的彩色显示器集成在一起的假肢,可以自主抓取物体。这只手的外观也非常像人类,所有必要的硬件都集成在手掌上。它本身是完全可控的,不需要任何外部控制机制。因为它是3D打印的,所以很容易为佩戴者个性化,这是制造商选择这种方法的一个关键考虑因素,以及它能够让硬件精确地安装在假肢的手掌内。

手的四个手指由专门开发的TUAT/Karlsruhe机构驱动,拇指由第二个电机驱动。这种设计可以让手指在物体周围自然地形成形状。

3D打印假肢手拼贴
3D打印假肢手拼贴

研究人员解释说:“在机械设计方面,一种自适应的欠驱动机制被用于允许手指环绕任意形状的物体。”传感器系统包括两个电机中的位置传感器和一个RGB摄像机,用于基于视觉的抓取。车载嵌入式系统可以通过蓝牙集成本体感知传感器信息、视觉信息、用户反馈和状态信息。”

作者解释说,手指是由一根穿过几个滑轮的肌腱控制的。如果一根手指被物体卡住,肌腱就会缠绕在滑轮上,让手进一步闭合尚未被卡住的手指。从理论上讲,这使得手指可以在物体周围塑造自己的形状,而不管物体的形状如何。

为了验证这一点,研究人员对总共60种不同形状的家居用品进行了一系列试验。作者报告说,手成功地抓住了82.5%的平面。抓取失败主要发生在试图举起信用卡等非常薄的物体时。

“尽管力学和嵌入式系统的集成程度很高,但我们的方法在传感器数量方面受到限制,限制了外部传感器设置的复杂控制方案的应用。”研究人员总结说:“尽管我们认为更全面的多模态传感器系统的集成及其在半自动控制方案中的应用是一个有前途的未来研究课题。因此,基于开发的嵌入式系统,我们计划将我们的工作扩展到一个独立的假肢,提供尽可能多的智能抓取支持,并具有集成的计算能力。”

技术创新与3D打印在材料、硬件和软件方面的进步相结合,将继续推动进步,使那些失去肢体的人能够充分地生活,可能还会有功能性生物打印假肢。