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UPC 研究團(tuán)隊(duì)使用3D打印設(shè)計(jì)可定制的經(jīng)橈動(dòng)脈假體,幫助改善殘疾人生活質(zhì)量

時(shí)間:2022-10-04 16:35 來(lái)源:南極熊 作者:admin 閱讀:291次
        2022年10月4日,來(lái)自UPC巴塞羅那工業(yè)工程學(xué)院(ETSEIB)的Arm2u生物醫(yī)學(xué)工程團(tuán)隊(duì),利用3D打印技術(shù)設(shè)計(jì)并制造了一個(gè)可定制的經(jīng)橈骨假體,可對(duì)用戶的神經(jīng)沖動(dòng)做出響應(yīng)。
      來(lái)自加泰羅尼亞理工大學(xué)(UPC)巴塞羅那工業(yè)工程學(xué)院(ETSEIB)的15名本科生和碩士生有著一個(gè)共同的目標(biāo):利用輔助技術(shù)改善殘疾人的生活質(zhì)量。有關(guān)該項(xiàng)目的具體研究?jī)?nèi)容是年輕的生物醫(yī)學(xué)工程團(tuán)隊(duì)Arm2u正在開(kāi)發(fā)一種經(jīng)橈骨的假體,它可以替代肘部以下缺失的手臂,具有肌電控制功能,即由肌肉收縮產(chǎn)生的自然電信號(hào)控制。
△3D 打印的經(jīng)橈動(dòng)脈肌電假體的細(xì)節(jié)

在去年創(chuàng)造了第一個(gè)假體之后,Arm2u團(tuán)隊(duì)又向前邁進(jìn)了一步,創(chuàng)造了第二個(gè)原型,一個(gè)功能齊全的機(jī)器人手臂,能夠?qū)崿F(xiàn)手的前傾(前臂旋轉(zhuǎn))和打開(kāi)/關(guān)閉動(dòng)作。它以EMG傳感器為基礎(chǔ),收集病人肌肉收縮的指令,并將這些電脈沖轉(zhuǎn)化為微控制器可以理解和使用的信號(hào)。

這套假體是用PLA塑料3D打印的,因此可以低成本生產(chǎn),團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人之一Lluís Bonet Ortuño解釋道:"在開(kāi)發(fā)假體時(shí),我們的主要目標(biāo)之一是用可負(fù)擔(dān)得起的技術(shù)制作一個(gè)原型,這樣它就可以在沒(méi)有高成本的情況下不斷生產(chǎn)和修改。利用3D打印技術(shù),我們以比市場(chǎng)上類(lèi)似假體低得多的成本創(chuàng)造了一個(gè)假體。"

原型部件

原型完全由Arm2u團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì),包括四個(gè)基本部件,它們以協(xié)調(diào)的方式工作,以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性:
  • 插座,它將設(shè)備牢牢地固定在肢體上;
  • prono,它存儲(chǔ)了大部分電子元件,并容納了假體的控制和狀態(tài)信息元素;
  • 抓手,一個(gè)鉗形元件,用于操縱物體;
  • 最后是電子部分,它使用ArduinoUno微控制器連接傳感器、電機(jī)和其他元素,用于控制設(shè)備并向用戶報(bào)告其狀態(tài)。

第二個(gè)模型有幾項(xiàng)改進(jìn),如一個(gè)集成的LCD屏幕,它連續(xù)報(bào)告假體的狀態(tài),提供關(guān)于電池壽命、指尖力度、內(nèi)部溫度等信息。

此外,新的設(shè)計(jì)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性,可以根據(jù)用戶的手臂大小進(jìn)行調(diào)整,而且與以前的型號(hào)相比,總重量有所減少,這使它更加舒適。

調(diào)整機(jī)械臂

團(tuán)隊(duì)合作

Arm2u是一個(gè)2018年在巴塞羅那創(chuàng)建的大學(xué)團(tuán)隊(duì),總部設(shè)在ETSEIB。它是一個(gè)由ETSEIB的工業(yè)技術(shù)工程學(xué)士學(xué)位、工業(yè)工程碩士學(xué)位和自動(dòng)控制與機(jī)器人碩士學(xué)位的學(xué)生組成的多學(xué)科小組,對(duì)應(yīng)用于生物技術(shù)的機(jī)械學(xué)和電子學(xué)擁有極高的興趣。

△Arm2u團(tuán)隊(duì),由巴塞羅那工業(yè)工程學(xué)院 (ETSEIB) 的學(xué)生組成

     為了推動(dòng)假肢行業(yè)的發(fā)展,該團(tuán)隊(duì)被組織成三個(gè)領(lǐng)域:機(jī)械部門(mén),負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)概念性的CAD模型(包括動(dòng)力學(xué)和靜態(tài)模擬)選擇材料和研究制造系統(tǒng);電子部門(mén),負(fù)責(zé)控制假肢中的多個(gè)執(zhí)行器和獲取肌電信號(hào);以及管理部門(mén),負(fù)責(zé)制定商業(yè)和財(cái)務(wù)計(jì)劃,管理資源和預(yù)算,內(nèi)部管理,溝通和其他。

據(jù)同樣是團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人的Aleix Ricou表示:"團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是開(kāi)發(fā)新的假肢,以幫助人們的日常生活,并繼續(xù)進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)工程的研究。我們希望成為所有想了解這一領(lǐng)域的學(xué)生的一個(gè)領(lǐng)先的大學(xué)團(tuán)隊(duì),我們?cè)敢馀c任何與我們有同樣關(guān)注的人合作"。

FME工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)生——Arm2u的策劃人

策劃人是這項(xiàng)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)假肢項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵角色,是為其定制原型并在真實(shí)環(huán)境中測(cè)試其功能的人。在Arm2u團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的機(jī)械臂的案例中,策劃者是Kyle Briggs,他是UPC數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)院(FME)統(tǒng)計(jì)和運(yùn)營(yíng)研究專(zhuān)業(yè)的一名美國(guó)學(xué)生。

研究假肢的團(tuán)隊(duì)成員

Kyle一生中曾使用過(guò)幾個(gè)假肢來(lái)進(jìn)行騎自行車(chē)或工作等活動(dòng),他承認(rèn)他很喜歡佩戴ETSEIB團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的假肢。5月18日,在瑞士蘇黎世舉行的Cybathlon挑戰(zhàn)賽上,這位學(xué)生用Arm2u假肢進(jìn)行了"比賽"。在這個(gè)比賽中,身體殘疾的人通過(guò)處理日常任務(wù)來(lái)測(cè)試由世界各地的大學(xué)和公司的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的假肢,如處理和運(yùn)輸物體,并將它們放置在有不同槽位的立方體中的特定位置。

現(xiàn)在,該團(tuán)隊(duì)正期待著2024年的Cybathlon,這是主要的活動(dòng),由六個(gè)測(cè)試組成。參加這種類(lèi)型的體驗(yàn)是非常積極的,因?yàn)樗訌?qiáng)了團(tuán)隊(duì)成員之間的聯(lián)系。正如學(xué)生們所解釋的那樣:"開(kāi)展一個(gè)工程項(xiàng)目并在其他專(zhuān)業(yè)人士面前進(jìn)行國(guó)際展示是一種有益的經(jīng)歷,它使我們感到自豪,并讓我們有機(jī)會(huì)親身體驗(yàn)我們?cè)谖磥?lái)的職業(yè)生涯中可能遇到的那種情況。作為一個(gè)團(tuán)隊(duì)追求一個(gè)共同的目標(biāo),使我們能夠共同面對(duì)這一挑戰(zhàn),互相給予力量和支持,并使我們的技能得到補(bǔ)充,以完成團(tuán)隊(duì)的任務(wù)"。

△Arm2u團(tuán)隊(duì)策劃者Kyle Briggs 在5月瑞士Cybathlon 挑戰(zhàn)賽的一項(xiàng)測(cè)試中使用假肢

(責(zé)任編輯:admin)

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