История о руке из титана⁠⁠

Здравствуйте. Я выпускник Владимирского Государственного Университета по специальности ”12.03.04. Биотехнические системы и технологии”.

Я хочу найти себе работу, связанную с протезированием конечностей. Протезированию конечностей посвящена и моя дипломная работа: “Активные протезы верхних конечностей с гидравлическим приводом”

Я хочу рассказать вам о своей работе:

Что такое протез?

В представлении обычного человека это стремная пластиковая рука или нога у виденного когда-то инвалида.

В представлении геймера- это руки и ноги Адама Дженсена.

В моем представлении протезы пока еще не могут быть таким крутым и многофункциональным, как в Deus Ex, но пришло время это исправить.

В своей работе я выдвинул такую гипотезу:

если создать протез из высокопрочных материалов, с гидравлической системой, можно получить протез, значительно превосходящий по определенным характеристикам здоровую человеческую руку

Под характеристиками следует понимать усилие сжатия кисти(до 50 кг у обычного, здорового мужчины ) и поворота в лучезапястном суставе( 15 кг у обычного здорового мужчины).

Но перед тем,как перейти к описанию своей разработки, я хочу показать вам биомеханику кисти руки и лучезапястного сустава.

Картинка,конечно,шакалистая, но вроде все понятно

Позиций у кисти настолько много, что на сегодня не существует протеза, выполняющего даже половины из них.Даже крутейшая суперкисть “Микеланджело” от ОттоБок выполняет только самые простые из них. Мой протез в этом плане еще проще, выполняет только функции сжатия-разжатия .

Однако, тут есть один нюанс: большая часть протезов(за исключением топовых моделей,вроде того ж “Микеланджело”), не контролирует пальцы по отдельности, только пальцы в связках по два (указательный-средний, безымянный-мизинец).Это связано с тем, что в подобных протезах пальцы приводятся в движение посредством проволочных тяг, за которые тянет электродвигатель.

У “Микеланджело” за каждый палец(но не сустав) отвечает свой микромотор.

Какие тут есть минусы?

Ну ,вся конструкция ненадежна и легко выходит из строя при попадании в воду. Ну еще усилие сжатия кисти в лучшем случае 4-5 кг. Ну, мотор поменять ОЧЕНЬ сложно и дорого(моторы стоят от 300-500 тысяч).Да и ударов не любит(зеркало этой штукой не разобьешь, не говоря уже о пробивании стен)

И тут моя конструкция обходит их всех.

Усилие сжатия-от 50 до 100 кг (в максимальном режиме работы мотора)

Влагостойкая конструкция, абсолютли

Можно бить зеркала в отелях и жаловаться на ресепшене, пробивать стены(правда, только гипсокартонные) и вырывать зубы детям и знакомым.,Да и болты можно закручивать.

Вопрос замены мотора тоже не проблема-легко и просто, да и стоит он в районе 5 тысяч.

В чем же секрет?

А посмотрите на картинку.

Догадались?

Гидравлический привод. Да, детка, это мой гидравлический х...анд.

Вообще это настолько просто и круто, странно,что до этого никто не догадался раньше. Не, с недостатками все тоже ясно:

-сложность изготовления

-утечки гидрожидкости

-КПД низковат

Все это справедливо, но для больших объемов.

Относительно утечек жидкости: да, они есть, но в очень малом объеме. Слишком мало для того,чтобы заметно повлиять на характеристики, достаточно для того, чтобы заметить влажное пятно.

А вот с сложностью изготовления интереснее. Для эффективной и стабильной работы подвижные части вроде поршней гидроцилиндров должны быть хорошо подогнаны к стенкам цилиндров. Обычно для этого используют уплотнители.Еще можно притереть детали. Что и планируется применить для моей конструкции.

Притирку сильно упростит то, что все детали планируется напечатать на промышленном 3д принтере из титанового порошка (сплав Ti6Al4V, если кому интересно)

Как протез управляется?

Миоэлектрическими токами. Это токи, генерируемые мышцами при работе. На внутреннюю поверхность культеприемной гильзы установлены электроды, снимающие этот сигнал с поверхности кожи. Далее сигнал поступает на специальный датчик(Advancer technology Muscle sensor v3 -гуглите), усиливается и фильтруется. Затем чистый сигнал уходит на вход ардуинки(нано на 328 атмеге).

Да,я знаю, что ардуина всем надоела, но мне было лень разрабатывать свою плату (и рисовать дополнительные 5 чертежей).

Ардуина, согласно алгоритму, подает питание на мотор гидронасоса и соленоиды(коричневые цилиндрики на рисунке) гидрораспределителя.

Жыдкость(гидравлическая, сорт не придумывал) нагнетается насосом по шлангу в гидрораспределитель. Гидрораспределитель управляет подачей или откачкой жидкости в\из гидроцилиндра. Так вот, жидкость нагнетается в цилиндр, поршень под давлением жидкости давит на фалангу, тем самым приводя ее в движение.

Фокус в том, что можно управлять пальцами по отдельности. Кстати, к ардуине прикручен блютуз модуль, что позволяет управлять протезом с телефона, и демонстрировать окружающим всякие жесты

Хм, звучит здорово, так почему ты показываешь нам только ср..ендеренные картинки?

Где фотки живого протеза,епрст?

Тут кароч две проблемы

Первая проблемы- это ты. Это цена. Вообще цена на протезы афигенна. Нет, я серьезно.

Кусок пластика вроде такого

Кстати, это косметический протез.Не, им не получица наштукатурится. Он просто имитирует руку. Им нельзя пользоваться, он для того, чтобы в толпе на увечье не обращали внимание и не смущали его смущающегося обладателя.

Так вот, эта фигня стоит 129 831 рублей. и еще 22 копейки.

Вот скрин сайта

Эй, там же есть протез за 73 тыщи,я видел!

Есть, но он ужасен. В таком протезе от тебя (носителя протеза) даже слепой мохнатоладонный школьник шарахаца будет.С таким протезом ты скорее похож на оживший манекен.

А вот сколько стоят те топовые кисти, про которые я говорил в начале

Кстати, картинка 2010 года, фирмы заграничные, так что смело умножайте цену на 2.

Так вот, мой протез стоит 230450 рублей. Основную сумму составляет распечатка деталей на 3д принтере(800 рублей за куб\сантиметр).И електрноники тыщ на 40.

Не то, чтобы это было очень много. Можно взять кредит или как я планировал, продать почку соседа по общаге(у него их все равно две). Однако в силу вступает вторая причина.

Мне не разрешили работать с пациентом

Дело в том, что я планировал найти человека и сделать для него протез

Я видел себя кем-то вроде

(Для негеймеров-это Дэвид Шариф,мультимиллионер, создатель протезов,филантроп из игры Deus Ex)

Но со мной вежливо поговорили знающие люди и объяснили, что в реале я буду выглядеть так:

И ведь проблема даже не в том, что протез стремно выглядит или он тяжелый(кстати, всего 2 кг).

Проблема в том, что электроника непредсказуема, а конструкция не проверена.

В результате протез может навредить здоровью пациента. Протез может заклинить или дать максимальное сжатие тогда, когда не требуется.

Это может выглядеть так

Или как-то так:

Поэтому до работы с пациентом мне еще долго.

Ну а почему б не сделать макет протеза из пластика?

Можно, и именно это будет темой моей магистерской работы.

Многое надо дорабатывать

Многое надо делать с нуля, например,программный код и интерфейс пользователя.

Кароч, работы много, а лени еще больше, поэтому кому интересно, могу скинуть техдокументацию и ответить на вопросы.

Но не сейчас. Сейчас я иду защищать свой диплом.