Med tillväxten av 3D-utskrift, det är fullt möjligt att 3D-skriva ut din egen protes från modeller som finns i databaser med öppen källkod.

Men dessa modeller saknar personliga elektroniska användargränssnitt som de som finns i dyra, toppmodern protes.

Nu, en professor i Virginia Tech och hans tvärvetenskapliga team av forskarstuderande forskare har gjort inhopp i att integrera elektroniska sensorer med personlig 3D-tryckt protes-en utveckling som en dag kan leda till billigare eldrivna proteser.

Denna nyligen publicerade forskning från labbet av Blake Johnson, en Virginia Tech biträdande professor i industri- och systemteknik, tog ett steg framåt för att förbättra funktionerna i 3D-tryckta, anpassade bärbara system.

Genom att integrera elektroniska sensorer i skärningspunkten mellan en protes och bärarens vävnad, forskarna kan samla information om protetisk funktion och komfort, såsom trycket över bärarens vävnad, som kan hjälpa till att förbättra ytterligare iterationer av dessa typer av proteser.

Integrering av material inom formpassande regioner för 3D-tryckt protes via en konform 3D-tryckteknik, istället för manuell integration efter utskrift, kan också bana väg för unika möjligheter att matcha hårdheten hos bärarens vävnad och och integrera sensorer på olika platser över det formpassande gränssnittet. Till skillnad från traditionell 3D-utskrift som innebär att material lagras på ett lager på ett plant underlag, konform 3-D-utskrift möjliggör avsättning av material på böjda ytor och föremål.

Enligt Yuxin Tong, en doktorand inom industri- och systemteknik och första författare till den publicerade studien, det slutliga målet är att skapa tekniska metoder och processer som kan nå så många människor som möjligt, börjar med ett försök att hjälpa till att utveckla en protes för en lokal tonåring.

"Förhoppningsvis, varje förälder kunde följa beskrivningen från tidningen vi publicerade och utveckla en billig personlig proteshand för sitt barn, "Sa Tong.

För att utveckla protesen integrerad med elektroniska sensorer, forskarna började med 3D-skanningsdata, vilket liknar att ta bilder i olika vinklar för att få hela objektets form - i det här fallet, en form av tonåringens lem.

De använde sedan 3D-skanningsdata för att styra integrationen av sensorer i protesens formpassande hålighet med hjälp av en konform 3D-utskriftsteknik.

Processen som utvecklats av forskargruppen lämpar sig för ytterligare tillämpningar inom personlig medicin och design av bärbara system.

"Att anpassa och modifiera egenskaperna och funktionerna för bärbara systemgränssnitt med hjälp av 3D-skanning och 3D-utskrift öppnar dörren för design och tillverkning av ny teknik för mänsklig hjälp och hälso- och sjukvård samt undersöker grundläggande frågor som är kopplade till funktionen och bekvämligheten med bärbara system, "Sa Johnson.

Johnsons forskning om protetiska händer inspirerades när han fick veta om sin kollegas dotter, Josie Fraticelli, då 12 år gammal, som hade fötts med fosterskyddssyndrom. I livmodern, utvecklingen av hennes hand stannade. Strängliknande fostervattensband begränsade blodflödet och påverkade utvecklingen av höger hand, orsakar en brist på formation bortom knogarna.

Johnson använde sin besläktade forskningsexpertis inom additiv biotillverkning och ett team av tvärvetenskapliga forskare för att 3D-skriva ut den bioniska handen för Fraticelli som skulle bli grunden för den nu publicerade forskningen.

När de arbetade med Fraticelli, de fortsatte att finjustera prototypen protes genom att utveckla nya additiva tillverkningstekniker som skulle möjliggöra en bättre passform till Fraticellis handflata, skapa en bekvämare, formpassande protesanordning.

De validerade att personaliseringen av protesen ökade kontakten mellan Fraticellis vävnad och protesen med nästan fyra gånger jämfört med icke-anpassade enheter. Detta ökade kontaktområde hjälpte dem att ta reda på var de skulle använda avkännande elektrodarrayer för att testa tryckfördelningen, vilket hjälpte dem att ytterligare förbättra designen.

Avkänningsexperiment utfördes med hjälp av två personliga proteser med och utan avkänning av elektroduppsättningar. Genom att köra dessa experiment med Fraticelli, de fann att tryckfördelningen var annorlunda när hon slappnade av handen kontra att hålla handen i en böjd hållning.

"Missförhållandet mellan den mjuka huden och det styva gränssnittet är fortfarande ett problem som kommer att minska överensstämmelsen, "sade Tong." De avkännande elektroderna kan öppna ytterligare ett nytt område för att förbättra protesdesignen ur perspektivet att fördela en bättre tryckbalans. "

Övergripande, Fraticelli känner verkligen att den nya personliga protesen förbättrar hennes komfortnivå. Eftersom hennes hand är mjuk och föränderlig under olika hållningar och protetmaterialet är styvt och fast, överensstämmelsenivån kan fortsätta att förändras.

Personlig protes har fortfarande utrymme för förbättringar, och Johnsons team kommer att fortsätta att forska och utveckla nya tekniker inom additiv tillverkning för att göra förbättringar på bärbara bioniska enheter.