Студенческая команда с кафедры технологического предпринимательства МФТИ успешно завершила разработку механического тягового 3D-протеза руки и готовится к его массовому выпуску. Традиционное производство таких протезов занимает около месяца, однако благодаря применению аддитивных технологий, срок изготовления протеза от МФТИ сокращается до менее чем 7 дней.
Стоимость производства традиционных тяговых протезов предплечья может достигать 150 000 рублей, но использование 3D-печати позволило МФТИ снизить эту цифру до 90 000 рублей без ущерба для функциональности. После начала массового производства предполагается дополнительное снижение стоимости на 40 000 рублей.
Кирилл Лахминов, руководитель проекта, объяснил, что разработанный протез способен не только держать тяжелые предметы или выполнять переноску вещей, но и позволяет брать в "руку" различные мелкие объекты, такие как спички, пуговицы, винты и небольшие болты.
Кроме того, в отличие от бионических протезов, которые содержат электронные компоненты и требуют использования батареи, тяговые протезы работают легче и комфортнее. Их механизм действия основан на натяжении тросов, которое происходит при сгибании уцелевшего сустава.
По данным Минтруда РФ ежегодно 1,5 млн граждан с инвалидностью обеспечивают техническими средствами реабилитации. Из них более 200 тыс. человек имеют протезы конечностей. Взрослым приходится носить их в течение долгого промежутка времени, при этом изменение веса или опухание конечности вызывает дискомфорт. А детям из-за постоянного роста приходится менять протезы каждые 6-18 месяцев. Сейчас практически не существует гильз (используют для соединения протеза с реальной частью тела), которые бы «откликались» на изменения конечности. Ученые ПНИПУ разработали особую конструкцию, которая способна со временем растягиваться, что позволяет взрослеющему ребенку носить протез дольше. Этот уникальный проект открывает новые перспективы и возможности для современной медицины.
Статья по результатам исследования опубликована в журнале «Polymers» №15 за 2023 год. Экспериментальная программа выполнена при поддержке программы Мегагрантов, контракт № 075-15-2021-578.
Разработка основана на использовании ауксетиков. В отличие от «обычных» материалов, такие структуры уменьшаются в размерах при сжимающих нагрузках и увеличиваются при растяжении. Их необычные свойства реализуются благодаря особому дизайну структуры. Она состоит из специально спроектированных элементарных ячеек и образует решетчатую структуру, напоминающую измененные пчелиные соты. Ее можно воспроизвести с помощью аддитивных технологий.
Ауксетики обладают адаптационными свойствами, которые могут применяться при проектировании гильз протезов. Подобные структуры уже используют при разработке новых типов стентов – специальных конструкций для расширения и поддержания открытыми суженных или заблокированных артерий.
Ученые ПНИПУ разработали и построили трехмерные модели такого материала, а затем напечатали прототипы на 3D-принтере. Полученные образцы подвергали нагрузкам на растяжение, чтобы установить соответствуют ли свойства материала спроектированной модели. Другими словами – политехники определяли, можно ли заранее путем изменения параметров структуры «настроить» нужные характеристики для частей будущего протеза. Исследование показало, что трехмерные модели правильно имитируют механическое поведение образцов при деформации.
На следующем этапе ученые поместили в пустоты образцов наполнитель. Именно он позволяет контролировать отклик структуры гильзы протеза на внешние воздействия. Ученые ПНИПУ присваивали наполнителю различные свойства и изучали, как они влияют на поведение всей конструкции ауксетика. То есть на возможность материала, а в будущем и протеза, адаптироваться – пропорционально расширяться или уменьшаться.
–Существует необходимость фундаментального понимания, как наполнитель влияет на жесткость и прочность композитов с ауксетичной решеткой, а также как именно с помощью его параметров можно менять адаптационные характеристики, в том числе для гильз экзопротезов. Главное преимущество материала в том, что для каждого пациента и для каждого типа индивидуального биомедицинского изделия подбирается своя комбинация ауксетичной решетки и наполнителя с выбранными свойствами, – поделился кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» Михаил Ташкинов.
Исследование ученых Пермского Политеха – это новый этап развития технологий протезирования и создания имплантов. Оно поможет в контроле отклика элементов экзопротезов, улучшении комфорта пациента, а также в усовершенствовании технологии создания детских протезов. Изучение ауксетичных свойств материалов значительно расширит сферу их применения в биомедицинской сфере.
Их есть у нас! Красивая карта, целых три уровня и много жителей, которых надо осчастливить быстрым интернетом. Для этого придется немножко подумать, но оно того стоит: ведь тем, кто дойдет до конца, выдадим красивую награду в профиль!
Изначально, ещё в 2021 году, наша команда начинала разработку протеза, похожего на руку человека. Такое изделие может быть отличным косметическим вариантом для внешнего вида (за счёт пяти пальцев), но возник вопрос: "Что оно может конкретно дать пользователю, при использовании в быту?".
Эффективность хвата, прочность и его сила – относительно низкие, поэтому, в решении бытовых задач, данные протезы практически не применимы. Опытным путём, мы пришли к роботизированному захвату и созданию сильного и стильного протеза, который точно будет выделяться и станет полезным для широкого спектра задач, таких как:
- удержание тонких предметов (нож, ложка, ручка, щётка, карточка, лист бумаги и т.д.);
- захват бутылки (1,5 л.), кружки и др.
Такое решение даёт большую свободу движения, что способствует повышению удобства в использовании.
Почему усложняется производственный процесс создания антропоморфных изделий (похожих на человеческую руку)? 1.) Механика пятипалого протеза, сила сжатия, прочность и хват не позволяют использовать его в качестве повседневного помощника (микродвигатели, занимающие до 60% от общей стоимости ТСР, часто выходят из строя в первую очередь); 2.) Отсутствие обратной связи не даёт тактильных ощущений, поэтому пользователю сложно привыкнуть к протезу. Недоступность точной информации о силе захвата приводит к трудностям при взаимодействии с хрупкими предметами. Только в 5% случаев пользователь выполняет рекомендации специалистов. На основании имеющегося опыта создания прототипов и испытаний пятипалых изделий, мы наблюдаем, как каждая вышеприведённая проблема отражает недостаточную эффективность протезов, в результате которой, пользователь отказывается носить его каждый день. Часто изделие становится лишь “красивым” прикрытием травмы. Как же прийти к естественной мотивации учиться носить протез?
Итак, протестировав пятипалые прототипы, мы пришли к пониманию, что эти протезы не полностью закрывают базовый функционал (простые действия в быту и жизни), и начали разработку изделия, направленного на решение ежедневных задач пользователя. Какое преимущество мы нашли? Простой и надёжный механизм с обратной связью и индивидуальном подходе в реабилитации (восстановлении после травмы) и абилитации (освоения протеза), в том числе с помощью программного обеспечения.
1/2
Проблемы, существующие на рынке, решаем за счёт: 1.) Сильной механики кисти, без дефицитных микродвигателей, интуитивным управлением, одним, но многофункциональным хватом и возможностью оперативной замены кисти; 2.) Использования вибротактильной обратной связи, чтобы пользователь смог получить базовые ощущения (например – различать наличие в кисти протеза, предмет и его физическое состояние); 3.) Разработки IT-платформы, чтобы наладить индивидуальный подход создания программы, реабилитации и абилитации пациента, возможности наблюдать за процессом обучения (для юных пользователей в игровой форме и c последующим вознаграждением). Всё это позволяет контролировать движения кисти, от прикосновения до крепкого сжатия, что помогает в обеспечении точности и комфорта при использовании изделия в повседневной жизни.
Осваиваем токарное ремесло и делаем втулки, оси, шайбы для изделия. Большинство внутренних узлов прототипа делаем самостоятельно.
Представляем вашему вниманию первый предсерийный протез.
⚡В начале марта, мы закончили первую версию протеза.
В видео можно посмотреть первые испытания с низкими температурами.
Всю жизнь увлекался различными механизмами, больше всего впечатляли механизмы протезов, но не эти современные угрюмопротезы на 3д принтерах с сервоприводами, а механические. Так и жил год за годом лишь записывая некоторые идеи протезов в дневник, как вдруг встретил на работе (работал на стройке в бригаде подсобников) беспалого, из того что осталось на руке правой кисти выглядело примерно так:
найдено в интернете, отфотошоплено в фотошопе
На левой руке все выглядело куда печальнее, понимая что для полной функциональности потребуется минимум одна живая фаланга длинной хотя бы один сантим, решил подбодрить его одной идеей, давай говорю вкрутим тебе черные саморезы по дереву, у тебя же есть там остатки фаланг, идею он принял тепло и также тепло отказал, спорить с бывшим чемпионом мира по "камень ножницы бумага" не стал, а пошел дальше думать.
Идею конструкции решил позаимствовать у компании Naked Prosthetics из сша, которые вроде как неплохо хайпанули на своем дизайне и как бы новой технологии, которой нигде нет, возможно даже запатентовали ее, но порывшись в интернетах нашел подобные механизмы еще в журналах ссср, поэтому плюнул на их авторские права и стал тридешить первый палец.
протез пальцев Naked Prosthetics
Сделал первые зарисовки для дальнейшего проектирования, разобраться безусловно сложно, но главное что мне понятно.
После этого отпустил лучшего в мире гитариста работать дальше, а сам загасился в чайной комнате , для обсуждения с коллегами того, как же работает механизм пальцев.
Совместные усилия ничего не дали, поэтому после чая остался один и все таки примерно прикинул как все должно быть. Оставалось только перенести все в 3д модельку и распечатать на 3д принтере.
Естественно мой уровень сварщика из пту, который если честно в последнее время полюбил вечернее пивко под турбо катки в доте для полной деградации мозга был низок для проработки грамотного 3д проекта по протезам, благо успел когда то (за год до нужды проектирования протеза) освоить sketchup, бестро(на самом деле за пару дней после работы) состряпал там модельку и начал печатать.
Заранее извиняюсь перед женой, за то что использую ее лампу для сушки ноготочков в своих грязных целях. Но сушит добротно.
механизм был собран и проверен, спустя всего две правки, третья модель оказалась самая удачная, каждая фаланга сгибалась идеально, гагрузка на последнюю фалангу была достаточно сильной при низкоа нагрузки на вторую, кольцо правда из пластика пришлось временно заменить на проволку, т.к. пластик из принтера плохо скользил.
Далее необходимо было сделать перчатку для руки, к которой в дальнейшем должен был крепится сам палец,
отрисовав на своей руки необходимые метки, начал переносить их на пакет, что бы далее перенести это все дело на кожу(кожу для кошельков и прочего, попутно увлекаюсь иногда изделиями из кожи), выглядит глупо и сложно, но это крайне эффективный способ получить все нужны скругления руки, поверьте мне!
Дело было в конце сентября 2022 года, тогда мы все потеряли работу и разошлись по своим направлениям, я же взяв очередной кредит для погашения других платежей решил поехать на вахту, где меня пару раз опрокинули на деньги(этжевахта) взял последний кредит на машину, что бы таксовать, теперь моя жизнь заключается в том, что я оч много работаю что бы мог платить кредиты, и времени больше на подобные шалости нету, но надеюсь что может кому приглянулась идея и кто нибудь доведет ее до ума, на старом жестком вроде остались 3д модельки проекта, возможно докапаю и выкину их на свою страницу вк
Также в идеях была доработка тактильной отдачи пальцев, сделав подушечки пальцев мягкими с жидкостью, которая просто перекачивалась во второй "мешочек" уже у обрубка пальца и создавала давление. Сам палец необходимо было делать из металла, тк прочность пластика с принтера оставляла желать лучшего, перчатку надо было делать на резинках универсальную, еще были какие то идеи по дороботке, но писал текст на одном дыхании и без проверки на грамотность, так что не ругайте, или ругайте, мне по#6ать. Мне надо ехать таксовать.
И не надо никаких тебе проводов приводов и прочей хрени, все работает идеально и без этого. Еще где то были зарисовки на руку типа как из видео ниже, но эту тетрадь я уже не могу найти никак.
В итоге хочу подвести черту о чертях из банков. Народ, людей убивает не алкоголь или сигареты, или еще что там есть, а необразованность в сфере получения кредитов, не берите их если не разбираетесь!
Бионический протез компании BrainCo отличается от своих аналогов тем, что реагирует на сигналы мозга и мышц для выполнения соответствующих движений. То есть реагирует как настоящая рука, интуитивно совершая то, что хочет сделать человек.
Стоимость будет колебаться в пределах от $10000 до $15000. Протезы уже скоро должны поступить в продажу
Вопросы специалистам, коих тут всегда полно. 1. Вопрос тем, кто в теме протезов. Правильно понимаю, что проблема таких крутецких протезов в том, что всё равно трудно снять с культи достаточно надёжный, четкий и разнообразный сигнал для оперативного переключения режимов захвата и жестов кисти? Вижу приходится. с телефона переключать, или кнопками на самом протезе задействуя другую руку.
2. Вопрос всем. Насколько подвижна у вас челюсть в плане движений влево-вправо? Сложно ли отстучать тихонечко какой-нибудь ритм зубами двигая так челюстью? Я вот замечал, что что лично у меня это совершенно не требует усилий, а запомнить могу довольно много паттернов такого постукивания. Всегда хотел какой-то способ внешне незаметно передавать смартфону небольшой набор условных сигналов.
3. Вопрос тем, кто в теме костной проводимости. Есть ли импланты, которые могли бы давать звук через кость и регистрировать такие сигналы, как в пункте 2? Насколько это реализуемо? Может быть можно обойтись неинвазивными гарнитурами костной проводимости?
У меня была прикольная гарнитура костной проводимости в виде дуги за затылком. Опиралась плотными резиновыми площадками на кости перед ухом, не давила, не натирала, звук на мой вкус был отличный, по крайней мере для подкастов, окружающим не мешал, мне внешние звуки не маскировал. Идеально для использования на велосипеде и постоянного ношения. Жаль сломалась механически. Собираюсь подыскать аналогичную.
Вот интересно может ли такая гарнитура регистрировать звуки касания зубами зубов через кость?
Надо бы, конечно попробовать всё это, поэкспериментировать... например, прижать пьезо-датчики или электретные микрофоны с усилением и посмотреть формы сигналов на осциллографе. Но вдруг кто-то уже озадачивался такими вопросами...
В общем, суть идеи - это передача незаметных необременительных для пользователя достаточно разнообразных сигналов ритмом постукивания зубов о зубы слева и справа. Движение челюсти практически незаметно при малом люфте.
Выспаться, провести генеральную уборку, посмотреть все новые сериалы и позаниматься спортом. Потом расстроиться, что время прошло зря. Есть альтернатива: сесть за руль и махнуть в путешествие. Как минимум, его вы всегда будете вспоминать с улыбкой. Собрали несколько нестандартных маршрутов.