I ricercatori della Virginia Tech integrano i sensori nelle protesi personalizzate stampate in 3D

I ricercatori della Virginia Tech stanno integrando sensori elettronici in protesi personalizzate stampate in 3D, uno sviluppo che potrebbe portare a protesi elettriche più economiche.

Lo stampo della mano del giovanissimo Josie Fraticelli che è stata scansionata durante lo sviluppo di una protesi personalizzata. Foto di Logan Wallace. CREDITO: Virginia Tech

Integrando sensori elettronici all’intersezione tra una protesi e il tessuto di chi lo indossa, i ricercatori possono raccogliere informazioni relative alla funzione protesica e al comfort, come la pressione su tutto il tessuto dell’utilizzatore, che può aiutare a migliorare ulteriori iterazioni di questi tipi di protesi.

L’integrazione di materiali all’interno di regioni aderenti alla forma di protesi stampate in 3D tramite una tecnica di stampa 3D conforme, anziché l’integrazione manuale dopo la stampa, potrebbe anche creare opportunità per adeguare la durezza del tessuto dell’utente e integrare i sensori in diverse posizioni attraverso la forma -interfaccia di montaggio.

Secondo Yuxin Tong, uno studente laureato in ingegneria industriale e di ingegneria dei sistemi e primo autore dello studio pubblicato , l’obiettivo finale è creare pratiche e processi ingegneristici che possano raggiungere il maggior numero possibile di persone, iniziando con uno sforzo per sviluppare una protesi per il locale adolescente Josie Fraticelli.

“Speriamo che ogni genitore possa seguire la descrizione del giornale che abbiamo pubblicato e sviluppare una mano protesica personalizzata a basso costo per il suo bambino”, ha detto Tong.

Per sviluppare le protesi integrate con sensori elettronici, i ricercatori hanno iniziato con una scansione 3D di uno stampo dell’arto di Fraticelli. Hanno quindi utilizzato i dati di scansione 3D per guidare l’integrazione dei sensori nella cavità di forma della protesi utilizzando una tecnica di stampa 3D conforme.

“Personalizzare e modificare le proprietà e le funzionalità delle interfacce del sistema indossabile mediante la scansione 3D e la stampa 3D apre le porte alla progettazione e alla produzione di nuove tecnologie per l’assistenza e l’assistenza sanitaria nonché all’esame di questioni fondamentali associate alla funzione e al comfort dei sistemi indossabili “, ha affermato Blake Johnson, un assistente alla Virginia Tech in ingegneria industriale e dei sistemi.

La ricerca di Johnson sulle mani protesiche è stata ispirata quando ha saputo della figlia del suo collega, Josie Fraticelli, allora dodicenne, che era nata con la sindrome della banda amniotica. Mentre era in utero, lo sviluppo della sua mano si fermò. Le bande amniotiche simili a stringhe hanno limitato il flusso sanguigno e hanno influenzato lo sviluppo della mano destra, causando una mancanza di formazione oltre le nocche.

Johnson ha utilizzato la sua esperienza di ricerca correlata in biomanufacturing additivo e un team di ricercatori universitari interdisciplinari per stampare in 3D la mano bionica per Fraticelli che sarebbe diventata la base della ricerca ora pubblicata.

Lavorando con Fraticelli, hanno continuato a perfezionare il prototipo di protesi sviluppando nuove tecniche di produzione additiva che consentissero di adattarsi meglio al palmo di Fraticelli, creando un dispositivo protesico più confortevole e aderente.

Hanno scoperto che il contatto tra il tessuto di Fraticelli e la protesi aumentava di quasi quattro volte rispetto ai dispositivi non personalizzati. Questa maggiore area di contatto li ha aiutati a individuare dove installare gli elettrodi di rilevamento per testare la distribuzione della pressione, che li ha aiutati a migliorare ulteriormente il design.

Gli esperimenti di sensing sono stati condotti utilizzando due protesi personalizzate con e senza schiere di elettrodi di rilevamento. Eseguendo questi esperimenti con Fraticelli, hanno scoperto che la distribuzione della pressione era diversa quando si rilassava la mano contro la mano in una posizione flessa.

“La discrepanza tra la pelle morbida e l’interfaccia rigida è ancora un problema che ridurrà la conformità”, ha affermato Tong. “Gli array di elettrodi di rilevamento possono aprire un’altra nuova area per migliorare il design della protesi dal punto di vista della distribuzione di un migliore equilibrio di pressione.

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