Кінцівки з принтера: як 3D-друк та протезування допомагають людям з інвалідністю
За оцінками ВООЗ, близько 30 мільйонів людей потребують протезування кінцівок або пристроїв для покращення мобільності, але менше ніж 20% мають їх. Крім необхідних технологій для створення протезів, бракує також і фахівців.
ВООЗ стверджує – зараз у бідних країнах бракує 40 000 навчених протезистів. Крім того, деяким пацієнтам необхідно долати великі відстані для лікування – це часові та фінансові витрати.
Розвиток 3D-друку та його доступність впливають на безліч галузей промисловості XXI століття, зокрема медичну. У матеріалі розповімо, як адитивні технології вплинули на сферу протезування кінцівок і допомогли людям з інвалідністю.
Також в кінці матеріалу залишаємо посилання на файли для друку кінцівки.
3D-сучасність медицини
Щоб оцінити важливість 3D-друку для медицини, згадайте, як з початком пандемії коронавірусу Італія зіштовхнулася з серйозною нестачею медичного обладнання в лікарні міста Брешії провінції Ломбардія.
Медикам були потрібні клапани Вентурі для апаратів штучної вентиляції легенів. Через редактора місцевого видання Giornale di Brescia Нунцію Валліні медики зв’язалися з керівником міланського фаблабу Массімо Темпореллі. Массімо вийшов на директора інжинірингової компанії Isinnova Крістіана Фракассі, який погодився привезти FDM 3D-принтер прямо в лікарню.
На місці Крістіан змоделював клапан і надрукував перші зразки. Потім до справи приєдналася компанія Lonati SpA, яка виготовила ще близько сотні клапанів з поліамідного порошку на 3D-принтері за технологією селективного лазерного спікання (SLS).
Зараз медики успішно тестують 3D-друковану шкіру для жертв опіків, шини дихальних шляхів для немовлят, деталі для реконструкції обличчя для хворих на рак, ортопедичні імплантати для пенсіонерів.
Також масово друкуються корпуси слухових апаратів, щоденно виробляються зубні моделі зубних коронок та мостів за допомогою цифрового сканування зубів. Воно замінило традиційні методи моделювання воском, що використовувалися століттями.
Тож не дивно, що ця технологія викликає зацікавленість у протезистів.
Від індустрії розваг до мережі друкованих протезів
Американський митець і майстер спецефектів Іван Оуен любить створювати реквізит для лялькових театрів та бюджетних фільмів жахів. Для стімпанк-фестивалю він розробив механічну металеву руку, якою можна керувати за допомогою мотузок, прив’язаних до пальців.
Оуен опублікував відео, його побачив столяр з ПАР, який утратив чотири пальці під час нещасного випадку з циркулярною пилою. Столяр зв’язався з Іваном і обговорив можливість створення прототипу протезу, який функціонував би за допомогою тієї простої технології, що і стімпанк-рука.
Згодом до Оуена звернулася жінка з ПАР, матір п’ятирічного хлопчика на ім’я Ліам, який народився без пальців на правій руці.
Вона хотіла крихітну версію руки, але Оуен зрозумів, що дитина швидко виросте з протеза, тому він звернув увагу на використання 3D-друку. Йому спало на думку, що можна створити універсальну модель, розмір якої легко змінювався би із дорослішанням хлопчика.
Оуен переконав одного з виробників принтерів подарувати йому дві машини та розробив першу механічну руку за допомогою 3D-друку. Він не патентував свою модель та дозволив іншим вільно нею користуватися та вдосконалювати.
Подібні протези насамперед орієнтовані на дітей. Воні легкі, мають яскравий вигляд і позбавлені тих недоліків у користуванні, які мають фірмові сучасні протези.
Доступність 3D-протезів і їхні недоліки
Найголовніша перевага – це ціна. Заводський протез коштує приблизно 1000 доларів і його необхідно міняти кожні пару років у міру зростання дитини. Версії з 3D-друком коштують приблизно 40 доларів.
В результаті розробок Оуена та інших зацікавлених осіб з’явилася мережа Enabling the Future, яка налічує 7000 членів у десятках країн та має доступ до 2000 принтерів, які допомагають виготовляти руки тим, хто цього потребує.
Одним з досягнень Enabling the Future є протез Cyborg Beast, розроблений інженерами Небраського університету в Омасі. Якщо ви бажаєте його зібрати, можете звантажити необхідні файли для друку за посиланням і прочитати інструкцію зі збірки на сайті дослідницького закладу.
Варто розуміти, що 3D-протези не є панацеєю. Представники Enabling the Future не є професійними протезистам, які проходять багаторічну підготовку. Їхня продукція не сертифікована і не проходить тестування. Тому вироби ламаються набагато частіше, ніж традиційні протези.
Якщо неправильно зібрано механізм, то за згинання протезу пластикові деталі можуть легко зламатися. Крім того, друкарі-волонтери не одразу виставляють правильні налаштування на принтері, що впливає на міцність продукції.
Зіткнувшись з цими проблемами, волонтери Enabling the Future об’єдналися з британським інженером Стівом Вудом, щоб розробити щось більш міцне та гнучке. Вони використали матеріал Filaflex для створення успішного протеза, але готовий виріб наразі коштує близько 2000 доларів – це чимала сума в порівнянні з більшістю виробів мережі.
Попри недоліки, головною перевагою надрукованих протезів є те, що вони є виходом зі складної ситуації для людей, які втратили кінцівку, але не мають грошей, щоб придбати професійно виготовлену продукцію.
Нові ноги для відчуття ходи
В 2020 році компанія Exoneo представила Upya – протез стопи, який можна виготовити за допомогою 3D-друку. Таким чином протезування має стати більш доступним для країн третього світу. Деталі виготовляються з розрахунком на те, щоб їх можна було адаптувати до кожного власника, а також легко і швидко збирати.
Цей протез використовує біомімікрію, щоб передати максимально наближене до реальності відчуття ходи. Його форма імітує фактичну анатомію щиколотки, п’яти та пальців ніг, а також використовує систему амортизації пружин для імітації сухожиль стопи людини.
Люди, які пройшли випробування, кажуть, що це найреалістичніше відчуття ходи після того, як вони втратили ногу.
Протез ноги розробили викладач Індонезійського технологічного інституту Сепулух Нопембер Агунг Дві Джуніант у співпраці з Джоко Кусванто з M. Biotech. Його завантажили на сайт Thingiverse, а тому він знаходиться у відкритому доступі.
Цей проєкт досить детальний. Ви зможете використати вказані налаштування для друку з ABS-пластику на своєму принтері. Також можна завантажити чотири дороблені моделі, які також виявилися функціональними. Ба більше, вони доступні в різних розмірах для людей різного росту.
Цікаву модель представили Джонатан Япа та Джанні Ренді з Технологічного університету Свінберна в Мельбурні. Їхні дослідження направлені на вивчення потенціалу 3D-друку в протезуванні. Вони розробили прототип стопи, який можна надрукувати на недорогих принтерах за 11 доларів США.
Наразі молода компанія з протезування Unyq виробляє накладки для протезів ніг, виготовлені за допомогою технології 3D-друку. Основна мета – дати можливість власникам отримати стильний протез за індивідуальним замовленням. Для цього вони використовують 3D-друк та застосунок з функцією фотограмметрії. Всі накладки пройшли сертифікацію ISO.
З часом методи та матеріали тільки удосконалюватимуться та розвиватимуться. Міжнародна корпорація даних (IDC) уже повідомила, що 3D-друк для медичних імплантатів та пристроїв зріс на ринку майже на 13% та для стоматологічних на 15% у 2020 році.
Якщо вас цікавить розвиток технологій і друг на 3D-принтерах, почитайте нашу статтю про те, як на 3D-принтері навчилися друкувати зброю і чому це (передбачувано) не подобається владі.
Також маємо гайд, як власноруч зібрати вдома прості і прикольні пристрої – від автоматичного вимикача світла до піаніно.
