Биоробототехника. Прототипы, способные помочь многим.
Знаете ли вы, что такое эссенциальный тремор? Это неврологическое расстройство, при котором неконтролируемые движения конечностей, обычно – дрожь, мешают миллионам пациентов по всему миру выполнять даже самые простые действия – написать письмо, съесть обед, одеться. В Лаборатории Биоробототехники Корейского Института науки и передовых технологий (KAIST – Korea Advanced Institute of Science and Technology) профессор Чон Ким (Jung Kim) и его коллеги разработали устройство, которое может помочь таким пациентам.
Профессор Ким и другие исследователи Лаборатории создали вспомогательное устройство, которое можно носить на теле и которое измеряет, отслеживает и анализирует сигналы электромиограммы (ЭМГ) пациента – то есть, биосигналы, которые изучают клетки мускулов человека при электрической или биохимической (неврологической) стимуляции. Устройство-помощник обнаруживает любой нерегулярный, неправильный или подозрительный ЭМГ-сигнал, а затем стабилизирует движения трясущихся рук пациента с помощью специальных наконечников, оборудованных сенсорами.
Разумеется, такое устройство имеет очень сложную конструкцию: непростые формы, множество мелких деталей, а еще – повышенные требования к механической прочности и одновременно гибкости (ведь устройство должно надежно улавливать постоянно меняющееся значение биосигнала). Для разработки идеального варианта Лаборатории понадобился не один вариант прототипа. Если бы ученые, как и раньше, отдавали производство прототипов на аутсорсинг то весь процесс значительно затянулся бы: каждый прототип мог изготавливаться сроком вплоть до четырех недель и это не считая разнообразных проверок! Кроме того, данные прототипы часто очень различались по качеству, а еще не могли предоставить точных данных, необходимых исследователям во время тестов, потому что их конструкции были неточными.
«Идеальная точность каждой детали – это самое важное для нас, потому что нам надо убедиться, что каждый электронный и механический компонент идеально расположен внутри устройства. Только тогда устройство сможет обеспечить бесперебойную передачу ЭМГ-сигналов от пациента, и только тогда устройство, по сути, сможет выполнять свою задачу» – объясняет профессор Ким.
Мостиком между чертежом устройства в формате CAD и полностью функциональным прототипом стала 3D-печать на принтерах Stratasys в Лаборатории Биоробототехники. Профессор Ким и его команда просто напечатали статичные компоненты и движущиеся части устройства с использованием термопластика инженерного класса ABSplus™ - материала, который достаточно крепок и надежен, чтобы выдержать все тесты. Исследователи создали с помощью 3D принтера Stratasys и каркас, и маленькие детали будущего устройства – такие, как шестерни, винты, шарниры и наконечники. Затем электроника и напечатанные детали были собраны в финальный макет, который отправился на клинические испытания и доказал, что действительно способен помочь пациентам с эссенциальным тремором отслеживать и контролировать непроизвольные движения рук.
Руководство института, наглядно увидев все плюсы аддитивных технологий, решило вложиться в 3D принтеры, доступные и сотрудникам, и студентам. Это имеет смысл – 3D печать является технологией, все более набирающей вес во всех направлениях современной индустрии, и студентов необходимо экипировать самыми новыми знаниями и навыками перед тем, как они окажутся в мире конкурентного рынка. Что же касается Лаборатории Биоробототехники – теперь ученые способным создавать прототипы практически для чего угодно: начиная от экзоскелетов для роботов и заканчивая инструментами для диагностики рака и МРТ-сканерами. И, как сообщает профессор Ким, вряд ли бы они успевали разрабатывать и завершать так много проектов без профессионального 3D принтера Stratasys.
