Com o crescimento da impressão 3D, é totalmente possível imprimir em 3D sua própria prótese a partir de modelos encontrados em bancos de dados de código aberto.

Mas esses modelos não têm interfaces de usuário eletrônicas personalizadas, como aquelas encontradas em caras, próteses de última geração.

Agora, um professor da Virginia Tech e sua equipe interdisciplinar de pesquisadores estudantes universitários fizeram incursões na integração de sensores eletrônicos com próteses impressas em 3-D personalizadas - um desenvolvimento que poderia um dia levar a próteses elétricas mais acessíveis.

Esta pesquisa recém-publicada do laboratório de Blake Johnson, um professor assistente da Virginia Tech em engenharia industrial e de sistemas, deu um passo à frente na melhoria das funcionalidades dos sistemas vestíveis personalizados impressos em 3D.

Ao integrar sensores eletrônicos na interseção entre uma prótese e o tecido do usuário, os pesquisadores podem reunir informações relacionadas à função protética e conforto, como a pressão no tecido do usuário, que pode ajudar a melhorar outras iterações desses tipos de próteses.

A integração de materiais nas regiões de ajuste de forma de próteses impressas em 3-D por meio de uma técnica de impressão 3-D conformada, em vez de integração manual após a impressão, também pode abrir caminho para oportunidades únicas em combinar a dureza do tecido do usuário ee integrar sensores em diferentes locais em toda a interface de ajuste de forma. Ao contrário da impressão 3-D tradicional, que envolve o depósito de material camada por camada em uma superfície plana, a impressão 3-D conformada permite a deposição de materiais em superfícies e objetos curvos.

De acordo com Yuxin Tong, um estudante de graduação em engenharia industrial e de sistemas e primeiro autor do estudo publicado, o objetivo final é criar práticas e processos de engenharia que possam alcançar o maior número de pessoas possível, começando com um esforço para ajudar a desenvolver uma prótese para um adolescente local.

"Esperançosamente, cada pai pode seguir a descrição do artigo que publicamos e desenvolver uma prótese de mão personalizada de baixo custo para seu filho, "Tong disse.

Para desenvolver as próteses integradas com sensores eletrônicos, os pesquisadores começaram com dados de digitalização 3D, que é semelhante a tirar fotos em vários ângulos para obter a forma completa de um objeto - neste caso, um molde do membro do adolescente.

Eles então usaram dados de escaneamento 3-D para guiar a integração dos sensores na cavidade de ajuste de forma da prótese usando uma técnica de impressão 3-D conformada.

O processo desenvolvido pela equipe de pesquisa se prestará a outras aplicações em medicina personalizada e design de sistemas vestíveis.

"Personalizar e modificar as propriedades e funcionalidades de interfaces de sistema vestíveis usando digitalização 3-D e impressão 3-D abre a porta para o design e fabricação de novas tecnologias para assistência humana e saúde, bem como para examinar questões fundamentais associadas à função e conforto dos sistemas vestíveis, "Disse Johnson.

A pesquisa de Johnson sobre mãos protéticas foi inspirada quando ele soube sobre a filha de seu colega, Josie Fraticelli, então com 12 anos, que nasceu com síndrome da banda amniótica. Enquanto no útero, o desenvolvimento de sua mão parou. Bandas amnióticas semelhantes a cordas restringiam o fluxo sanguíneo e afetavam o desenvolvimento da mão direita, causando uma falta de formação além dos nós dos dedos.

Johnson usou sua experiência de pesquisa relacionada em biomanufatura aditiva e uma equipe de pesquisadores universitários interdisciplinares para imprimir em 3-D a mão biônica para Fraticelli que se tornaria a base da pesquisa agora publicada.

Enquanto trabalhavam com Fraticelli, eles continuaram aprimorando o protótipo protético, desenvolvendo novas técnicas de manufatura aditiva que permitiriam um melhor ajuste à palma da mão de Fraticelli, criando um ambiente mais confortável, dispositivo protético adaptável.

Eles validaram que a personalização da prótese aumentou o contato entre o tecido de Fraticelli e a prótese em quase quatro vezes em comparação aos dispositivos não personalizados. Esta área de contato aumentada ajudou a identificar onde implantar matrizes de eletrodos de detecção para testar a distribuição de pressão, o que os ajudou a melhorar ainda mais o design.

Os experimentos de detecção foram conduzidos usando duas próteses personalizadas com e sem conjuntos de eletrodos de detecção. Ao executar esses experimentos com Fraticelli, eles descobriram que a distribuição da pressão era diferente quando ela relaxava a mão e quando a mantinha em uma postura flexionada.

"A incompatibilidade entre a pele macia e a interface rígida ainda é um problema que reduzirá a conformidade, "disse Tong." As matrizes de eletrodos sensores podem abrir outra nova área para melhorar o design da prótese da perspectiva de distribuir um melhor equilíbrio de pressão. "

Geral, Fraticelli sente que a nova prótese personalizada melhora seu nível de conforto. Como sua mão é macia e mutável em diferentes posturas e o material protético é rígido e fixo, o nível de conformidade pode continuar a mudar.

Próteses personalizadas ainda têm espaço para melhorias, e a equipe de Johnson continuará a pesquisar e desenvolver novas técnicas na manufatura aditiva para fazer melhorias em dispositivos biônicos vestíveis.