Integrazione di sensori elettronici con protesi personalizzate stampate in 3D, uno sviluppo che potrebbe un giorno portare a protesi elettriche più economiche. Una ricerca appena pubblicata su PlosOne dal laboratorio del prof. Blake Johnson* della Virginia Tech, ha compiuto un passo avanti nel migliorare le funzionalità dei sistemi indossabili personalizzati stampati in 3D.
Integrando sensori elettronici all’intersezione tra una protesi e il tessuto di chi lo indossa – si legge in una nota – i ricercatori possono raccogliere informazioni relative alla funzione protesica e al comfort, come la pressione su tutto il tessuto dell’utilizzatore.
La stampa 3D
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 aprire la strada a opportunità uniche nel far combaciare la durezza del tessuto e integrare sensori in diverse posizioni attraverso l’interfaccia di adattamento del modulo.
A differenza della stampa 3D tradizionale che prevede il deposito di materiale strato per strato su una superficie piana, la stampa 3D conforme consente la deposizione di materiali su superfici curve e oggetti.
Secondo Yuxin Tong**, 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 lo sforzo di sviluppare una protesi per una giovane del posto. “Speriamo – spiega – 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”.
Lo sviluppo delle protesi integrate
Per sviluppare le protesi integrate con sensori elettronici – spiega la nota – i ricercatori hanno iniziato con i dati di scansione 3D per ottenere la forma completa dell’arto dell’adolescente.
Hanno quindi utilizzato i dati della scansione per guidare l’integrazione dei sensori nella cavità di forma della protesi utilizzando una tecnica di stampa 3D conforme. Il processo sviluppato dal team di ricerca si presterà ad ulteriori applicazioni nella medicina personalizzata e nella progettazione di sistemi indossabili.
“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 “, spiega il prof. Johnson.
L’origine della ricerca
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 una sindrome che bloccò lo sviluppo della sua mano mentre era in utero. Johnson – spiega la nota – 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 – si legge – i ricercatori 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 convalidato che la personalizzazione della protesi aumentava il contatto tra il tessuto e la protesi di quasi quattro volte rispetto ai dispositivi non personalizzati. Questa maggiore area di contatto – si legge – li ha aiutati a individuare dove installare gli elettrodi di rilevamento per testare la distribuzione della pressione, il che li ha aiutati a migliorare ulteriormente il design.
Gli esperimenti di ”sensing”
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.”
*professore assistente in ingegneria industriale e dei sistemi.
**studente laureato in ingegneria industriale e dei sistemi.
Photo Copertina – Pixabay.com (rerpertorio)