3D打印的手部助力外骨骼裝置Spiderhand
今年暑假，美國Lehigh大學在前伯利恒鋼鐵公司的科研大樓里搞了一個Mountaintop項目，參與項目的學生被匯集到一起自由探索跨越多個學科的開放式問題。學生Daniel Levy就屬于這個項目的一個團隊，他的隊友包括Jeff Peisner、Elena Ramirez、Emily Macmillan和Nan He。這四個人去年就參加過這樣的活動，他們的目標是開發(fā)可以輔助身體康復的各種外骨骼裝置。到目前為止，這個團隊已經(jīng)創(chuàng)建了四個這樣的裝置，其中一個裝置被稱為Spiderhand。這個設計的靈感來自于Levy的個人經(jīng)歷。
“當考慮今年夏天要做什么項目時，我想到了一個正好可以給朋友提供幫助的裝置。”Levy解釋說，“我的一個足球隊的隊友，他同時也是我最好朋友的弟弟，幾年前遭受脊髓損傷，至今一直在努力恢復手部的功能。讓我最難忘的是，這也是我進行這個項目的一個主要動機，是我過去看他的時候跟他打招呼，他所能做的就是舉起他的手跟我來了個“頂拳（即兩人握拳互頂一下）”。”
去年夏天Levy他們就曾研究了肌腱固定運動，這種運動主要采用手腕的柔性和延伸作為一種機制來移動和卷曲手指，Levy希望在此基礎上打造一個設備，以幫助手部力量不足的用戶抓握起一個對象。這就是Spiderhand的緣起。Levy介紹了他的設計思路：
“我注意觀察了手腕上下移動的情況，當我舉起手腕時，前臂與手指第一個關節(jié)之間的距離減少。這讓我想到，也許我可以用一根桿將手腕與手指直接連接起來，并設計一個機構借助手腕的力量推動手指向下。于是我很快在SolidWorks中將這個設想中的機構模擬了出來，并在幾個小時之內(nèi)將其3D打印出來。在驗證了我的理論之后，我一頭扎進了設計。”
Levy為他的Spiderhand設計設定了三個標準：可定制、舒適和不引人注目。到目前為止，他覺得自己達到了前兩個標準，但是還有相當一段路要走，才能滿足不引人注目的要求。
“Spiderhand有兩種方式進行定制。首先金屬連桿可以旋轉(zhuǎn)，以調(diào)整前臂和手指之間的長度。它們的可調(diào)節(jié)范圍為2英寸，這使得Spiderhand幾乎適合各種尺寸的手掌和此外它的每個手指可分別調(diào)節(jié)。第二使用柔性的ninjaflex材料做指套，這些指套可以單獨取出來，根據(jù) 需要調(diào)整大小并重新打印，而無需3D打印整只手。”他解釋說。
在整個設計過程中，他從自己的足球隊友那里得到了寶貴的反饋。這位隊友嘗試了多個迭代設計。每次測試后，Levy就會回到數(shù)字模型進行修改。由于3D打印的高效，使得Levy的團隊能夠在Mountaintop項目設定的10周時限內(nèi)拿出了一個高度開發(fā)的原型，當然這也得益于該項目提供的1500美元預算和項目場地上方便的設備。
“Mountaintop項目提供了幾臺Makerbot Replicator 2和Ultimaker 2 3D打印機。”Levy說，“除了指套之外的所有部件都是用Ultimaker 2 3D打印機打印出來的，而指套由于使用了柔性的Ninjaflex材料，我們用的是Makerbot Replicator 2 3D打印機，也只有它才能打印Ninjaflex材料。為了增加強度，有的部件在打印時設置為100％的填充率，這使得各個部件的打印之間加在一起總共為18-20個小時。”
這種形式的輔助性假肢對于那些手部不夠靈活的患者非常有幫助。據(jù)中國3D打印網(wǎng)了解，中風患者或那些遭受脊髓損傷的病人往往是從他們的軀干開始恢復。換言之，這些患者會首先恢復肩部的運動能力，然后是肘部、手腕，最后才是手指。有許多人可能永遠都不能恢復他們的手指。而Levy希望這個裝置能夠幫助這些人更加舒服地生活。他說：
“Spiderhand有兩種主要用途，第一個是使用功能，該裝置能夠幫助手指無力的使用者拿起物體。二是在家庭康復中使用，使用者可以戴上它反復活動手腕，這種康復活動可以幫助重塑神經(jīng)使其與大腦建立新的連接，最終達到恢復肢體健康的目的。”
Levy希望他們的這個設計能夠吸引到公眾的關注，從而可以讓更多需要的人得到Spiderhand的幫助，他還將自己的設計文件放在了互聯(lián)網(wǎng)上與大家分享，任何人都可以免費下載，并自己打印出一個Spiderhand（點擊此處：http://www.ypwyruw.cn/soft/zuhejixie/14443.html下載設計文件）。
(責任編輯：admin)
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