Avec le développement de l'impression 3D, il est tout à fait possible d'imprimer en 3D votre propre prothèse à partir de modèles trouvés dans des bases de données open source.

Mais ces modèles manquent d'interfaces utilisateur électroniques personnalisées comme celles que l'on trouve dans les coûteux, prothèses de pointe.

Maintenant, un professeur de Virginia Tech et son équipe interdisciplinaire d'étudiants chercheurs de premier cycle ont fait des progrès dans l'intégration de capteurs électroniques avec des prothèses personnalisées imprimées en 3D, un développement qui pourrait un jour conduire à des prothèses électriques plus abordables.

Cette recherche nouvellement publiée du laboratoire de Blake Johnson, professeur assistant Virginia Tech en ingénierie industrielle et des systèmes, a fait un pas en avant dans l'amélioration des fonctionnalités des systèmes portables personnalisés imprimés en 3D.

En intégrant des capteurs électroniques à l'intersection entre une prothèse et le tissu du porteur, les chercheurs peuvent recueillir des informations liées à la fonction prothétique et au confort, tels que la pression à travers les tissus du porteur, qui peuvent aider à améliorer d'autres itérations de ces types de prothèses.

L'intégration de matériaux dans des régions d'ajustement de forme de prothèses imprimées en 3D via une technique d'impression 3D conforme, au lieu d'une intégration manuelle après impression, pourrait également ouvrir la voie à des opportunités uniques en faisant correspondre la dureté du tissu du porteur et en intégrant des capteurs à différents endroits de l'interface d'ajustement de forme. Contrairement à l'impression 3D traditionnelle qui consiste à déposer le matériau couche par couche sur une surface plane, l'impression 3D conforme permet le dépôt de matériaux sur des surfaces et des objets incurvés.

Selon Yuxin Tong, un étudiant diplômé en génie industriel et des systèmes et premier auteur de l'étude publiée, le but ultime est de créer des pratiques et des processus d'ingénierie qui peuvent atteindre le plus grand nombre de personnes possible, en commençant par un effort pour aider à développer une prothèse pour un adolescent local.

"Avec un peu de chance, chaque parent pourrait suivre la description de l'article que nous avons publié et développer une prothèse de main personnalisée à faible coût pour son enfant, " dit Tong.

Développer les prothèses intégrées aux capteurs électroniques, les chercheurs ont commencé avec des données de numérisation 3D, ce qui est similaire à prendre des photos sous différents angles pour obtenir la forme complète d'un objet - dans ce cas, un moule du membre de l'adolescent.

Ils ont ensuite utilisé des données de numérisation 3D pour guider l'intégration de capteurs dans la cavité d'ajustement de la prothèse à l'aide d'une technique d'impression 3D conforme.

Le processus développé par l'équipe de recherche se prêtera à d'autres applications en médecine personnalisée et en conception de systèmes portables.

« La personnalisation et la modification des propriétés et des fonctionnalités des interfaces de systèmes portables à l'aide de la numérisation 3D et de l'impression 3D ouvrent la porte à la conception et à la fabrication de nouvelles technologies pour l'assistance humaine et les soins de santé, ainsi qu'à l'examen des questions fondamentales associées à la fonction et à la confort des systèmes portables, " a déclaré Johnson.

Les recherches de Johnson sur les mains prothétiques ont été inspirées lorsqu'il a entendu parler de la fille de son collègue, Josie Fraticelli, puis 12 ans, qui était né avec le syndrome de la bande amniotique. Pendant qu'il est in utero, le développement de sa main s'arrêta. Les bandes amniotiques en forme de corde restreignaient le flux sanguin et affectaient le développement de la main droite, provoquant un manque de formation au-delà des articulations.

Johnson a utilisé son expertise de recherche connexe en biofabrication additive et une équipe de chercheurs interdisciplinaires de premier cycle pour imprimer en 3D la main bionique de Fraticelli qui deviendrait la base de la recherche maintenant publiée.

Comme ils travaillaient avec Fraticelli, ils ont continué à peaufiner le prototype de prothèse en développant de nouvelles techniques de fabrication additive qui permettraient un meilleur ajustement à la paume de Fraticelli, créer un plus confortable, appareil prothétique ajusté.

Ils ont validé que la personnalisation de la prothèse augmentait le contact entre le tissu de Fraticelli et la prothèse de près de quatre fois par rapport aux dispositifs non personnalisés. Cette zone de contact accrue les a aidés à déterminer où déployer des réseaux d'électrodes de détection pour tester la distribution de la pression, ce qui les a aidés à améliorer encore la conception.

Des expériences de détection ont été menées à l'aide de deux prothèses personnalisées avec et sans réseaux d'électrodes de détection. En réalisant ces expériences avec Fraticelli, ils ont constaté que la répartition de la pression était différente lorsqu'elle relâchait sa main par rapport à la tenue de sa main dans une posture fléchie.

« L'inadéquation entre la peau douce et l'interface rigide est toujours un problème qui va réduire la conformité, " a déclaré Tong. " Les réseaux d'électrodes de détection peuvent ouvrir un autre nouveau domaine pour améliorer la conception des prothèses du point de vue de la distribution d'un meilleur équilibre de pression. "

Globalement, Fraticelli estime que la nouvelle prothèse personnalisée améliore son niveau de confort. Étant donné que sa main est douce et variable sous différentes postures et que le matériau prothétique est rigide et fixe, le niveau de conformité peut continuer à changer.

Les prothèses personnalisées ont encore de la place pour des améliorations, et l'équipe de Johnson continuera à rechercher et à développer de nouvelles techniques de fabrication additive pour apporter des améliorations aux dispositifs bioniques portables.