Новосибирские студенты напечатали бионический протез руки на принтере
Работу над своим проектом нынешние студенты начали, будучи учениками городского лицея № 28 по программе дополнительного образования центра детского творчества "Содружество". Именно там у школьников возникла идея использовать технологии 3D-печати на благо людей с ограниченными возможностями. А сегодня они заканчивают создание рабочего прототипа, который будет безвозмездно передан новосибирцу, нуждающемуся в протезировании такого рода.
- Большого труда стоило найти инвалида, желающего стать партнером проекта, сотрудничать со школьниками, тем более что это сотрудничество связано с его физическими особенностями, - вспоминает педагог центра "Содружество", кандидат биологических наук Евгений Басаргин. - В результате партнером проекта стал 42-летний мужчина, на правой руке которого отсутствуют часть ладони и четыре пальца.
Консультации с партнером проекта помогли его участникам лучше понять реальные потребности инвалидов. Одной лишь функции сжатия ладони оказалось мало - на это был способен самый первый прототип протеза, собранный лицейской командой. Вторая версия уже способна помочь человеку в самых разных житейских ситуациях: подобрать с пола небольшой предмет или собрать сдачу на кассе магазина.
По словам студента факультета прикладной математики и информатики НГТУ Максима Валяева, программная подстройка протеза с учетом особенностей пользователя производится довольно легко при помощи компьютера. В перспективе помочь с калибровкой настроек можно будет и при помощи удаленных сервисов.
- Применение цифровых технологий значительно расширяет возможности протеза, - подчеркивает молодой программист. - Сегодня распространение получили тяговые аналоги, которые управляются не импульсами, а прямым напряжением мышцы, что в свою очередь создает натяжение специальных нитей. В этом есть определенные неудобства - например, чтобы сжать кисть руки, может потребоваться поднять ее. В случае бионического протеза этих недостатков нет: так, чтобы взять предмет, необязательно совершать размашистые движения.
Большую роль играет индивидуальная подгонка под особенности каждого человека. По словам Максима Валяева, сейчас применяется метод снятия слепка с руки, а в качестве материалов используют дорогостоящие полимеры. Новосибирцы предлагают использовать 3D-сканирование и работать с компьютерной моделью.
Основным материалом для изготовления служит специальный нетоксичный пластик, применяемый в 3D-печати. Вместо шарнирных соединений, используемых в других моделях протезов, новосибирские студенты прибегли к гибким сочленениям из FLEX-пластика. В итоге себестоимость прототипа составила меньше двадцати тысяч рублей.
Управляет движениями искусственной руки микроконтроллер, получающий сигналы от сенсоров.
- Датчик крепится к ближайшей сохранившейся мышце, которой было бы удобно управлять движениями искусственной кисти, - поясняет Максим Валяев. - Это могут быть мышцы запястья, предплечья или бицепс. Когда человек хочет сжать руку, поступает сигнал от мозга к мышцам, и они начинают сокращаться. В этот момент выделяются биотоки, которые и считывает датчик.
А дальше информация передается в микроконтроллер, и, в зависимости от интенсивности сокращения мышцы, чип рассчитывает необходимую силу сжатия пальцев протеза и другие параметры движений. Есть возможность настроить максимальную силу сжатия, чтобы протез не раздавил что-то хрупкое. Эта функция будет особенно полезна на первых порах, пока пользователь привыкает к новой кисти.