طبق گزارش های مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری ها، سالانه تقریباً ۸۰۰۰۰۰ نفر در ایالات متحده دچار سکته مغزی می شوند. در زمان وقوع سکته خونرسانی به بخشی از مغز قطع می شود که در ۸۵٪ موارد علت آن لخته شدن خون در جایی از بدن است. متأسفانه کسانی که از سکته مغزی بهبود می یابند ممکن است تا مدتها علائمی مانند فلجی و اختلال در حرکت و گفتار را تجربه کنند. این بیماران به طور معمول در حین توانبخشی و بازیابی توانایی های از دست رفته، توسط فیزیوتراپ ها پشتیبانی می شوند. محققان در ETH زوریخ یک ربات پوشیدنی برای توانبخشی حرکات دست توسعه داده اند. یک شرکت در کلن به نامigus  به منظور  بهینه سازی انتقال نیرو، در حال پرینت سه بعدی مفصل های انگشت برای این ربات پوشیدنی است. 

 

نحوه کار ربات پوشیدنی پرینت سه بعدی شده

این ربات پوشیدنی از یک ماژول دست، یک سنسور مچ بند و یک کوله پشتی تشکیل شده است. ماژول دست با استفاده از بندهای چرمی به دست بیمار متصل می شود، در حالی که بیمار مچ بند و کوله پشتی را می پوشد. هنگامی که بیمار حرکتی را آغاز می کند، مچ بند سیگنال های الکترومیوگرافی (EMG) را به یک مینی کامپیوتر کوچک که به همراه موتور ها، باتری ها و تجهیزات الکترونیکی کنترل در کوله پشتی قرار دارند منتقل می کند. این کامپیوتر از طریق داده های دریافتی تشخیص می دهد که بیمار می خواهد یک چه حرکتی را انجام دهد و مطابق با آن موتورها را فعال می کند. این موتورها فنرهایی که انگشتان ربات پوشیدنی را شکل می دهند را خم و راست می کنند. یکی از محققان دانشگاهETH  زوریخ به نام Jan Dittli گفت: “این ربات به ازای هر انگشت یک نیروی شش نیوتنی اعمال می کند که برای آن امکان پوششدهی ۸۰٪ از حرکات روزانه را فراهم می سازد.

مناسب نبودن تکنولوژی پرینت سه بعدی FDM برای ساخت همه اجزای ربات

محققان سعی کردند به منظور سازگاری ربات پوشیدنی برای استفاده روزمره، وزن قطعات را تا حد ممکن کاهش دهند. آن ها برای این کار از تکنولوزی پرینتر سه بعدی استفاده کردند. در مرحله ساخت نمونه اولیه از فناوری پرینتر سه بعدی FDM استفاده شد. این فناوری به دلیل هزینه نسبتاً کم، سهولت در استفاده و سرعت، برای نمونه سازی سریع گزینه ای مناسب می باشد.

در مرحله اول پشت دست و مفاصل انگشت با استفاده از ماده پرینت سه بعدی ABS چاپ شدند. با وجود این امر که فناوری FDM و ماده ABS برای پشت دست مناسب به نظر می رسیدند، به دلیل عملکرد چالش برانگیز برای مفاصل انگشت مناسب نبودند. مفصل های انگشت سه فنر تخت نازک از جنس فولاد ضدرنگ را با هم نگه داشته و همچنین دارای یک مکانیزم قفل برای بندهای چرمی هستند. بنابراین پرینت سه بعدی مفصل های انگشت با استفاده از ماده ABS اصطکاک زیادی ایجاد می کند. Jan Dittli در این مورد توضیح داد: «اصطکاک بین مفصل ها و فنرهای تخت با این ماده بسیار زیاد بود. در نتیجه هنگام حرکت انگشتان انرژی زیادی به هدر می رفت. علاوه بر این، پرینتر سه بعدی FDM نمی تواند مفصل های انگشت را با دقت مورد نیاز چاپ کند”.

به همین دلیل محققان ETH زوریخ از یک شرکت ارائه دهنده خدمات پرینت سه بعدی  کمک گرفتند.

 

پرینت سه بعدی مفصل های دست ربات با استفاده از پلاستیکی با عملکرد بالا

محققان با استفاده از خدمات پرینت سه بعدی، از فناوری پرینتر سه بعدی SLS و پلاستیکی با عملکرد بالا استفاده کردند. فناوریSLS  امکان چاپ مناسب مفصل های انگشت بدون نیاز به ساختارهای پشتیبانی و عملیات پس پردازش را فراهم کرد. همچنین این تکنولوژی شخصی سازی ربات با کمترین هزینه را نیز امکان پذیر کرد. Jan Dittli گفت: “ما یک الگوریتم جهت تطبیق مدل دیجیتالی ربات پوشیدنی با اندازه دست بیمار توسعه دادیم”.

اتصالات پرینت سه بعدی شده انگشت به لطف استفاده از ماده iglidur I6 سختی و مقاومت سایشی لازم را ایجاد می کند. در واقع این ماده از نظر تریبولوژی بهینه شده و به طور خاص برای کاربردهای متحرک توسعه یافته است.

این ربات پوشیدنی می تواند سریع، مقرون به صرفه و به راحتی پرینت سه بعدی شود. وزن قسمت دست این ربات فقط ۱۴۸ گرم و وزن کوله پشتی ۷۲۰ گرم می باشد. Dittli توضیح داد: «بسیاری از اسکلت های خارجی که در توانبخشی استفاده می شوند در حال حاضر قابل حمل نیستند. از طرف دیگر راه حل ما به اندازه کافی سبک و فشرده است تا بتواند خود را در زندگی روزمره نیز ثابت کند و بنابراین می تواند دانش و فعالیت های علمی در زمینه درمان را گسترش دهد”.

منبع: https://www.3dnatives.com
در صورت تمایل میتوانید فایل PDF این مقاله را در قسمت زیر دانلود و با ذکر منبع مورد استفاده قرار دهید.