Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Ученые разработали метод, позволяющий сделать протезы прочнее и надежнее
Ключевая деталь протеза — гильза, которая принимает на себя всю нагрузку при движении. С помощью 3D-печати ее изготавливают по индивидуальным параметрам тела, но из-за анатомических особенностей давление в ней распределяется неравномерно, что со временем может приводить к повреждениям и угрозе безопасности. Ученые Пермского Политеха разработали метод «интеллектуального армирования» для решения этой проблемы. На основе компьютерного моделирования в самые нагруженные зоны гильзы локально встраивают углепластиковые нити, что позволяет на 40% усилить конструкцию.
Протез — высокотехнологичное устройство, призванное заменить утраченную конечность и вернуть человеку способность двигаться. Однако надежность всей конструкции во многом определяется элементом, находящимся в основании протеза, — культеприемной гильзой, которая соединяет его с телом человека.
Это связующее звено, которое должно решать две основные задачи: быть идеально удобной для пользователя и одновременно выступать в роли прочной несущей конструкции. Именно на гильзу приходится основная силовая функция при ходьбе. Она принимает на себя вес всего человека, ударные усилия при каждом движении, импульсы при беге или прыжке.
При классическом изготовлении гильза формируется из однородных материалов с практически неизменяемой толщиной и жесткостью, из-за чего давление при ходьбе концентрируется в локальных зонах контакта. Это приводит к болевым ощущениям, кожным повреждениям, ускоренному износу гильзы и необходимости частых подгонок.
3D-печать решает ключевую проблему неравномерного распределения нагрузок в культеприемной гильзе, возникающую из-за индивидуальной анатомии культи и ограничений традиционного производства. Аддитивное производство позволяет локально управлять геометрией, жесткостью и архитектурой гильзы: изменять толщину стенок, вводить решетчатые или ауксетичные структуры, а также применять направленное армирование в зонах повышенных нагрузок.
Ученые Пермского Политеха разработали метод «интеллектуального армирования», основанный на локальном внедрении углепластиковых нитей в наиболее нагруженные зоны гильзы. Технология основана на детальном компьютерном моделировании и позволяет усиливать конструкцию именно там, где при ходьбе возникают максимальные механические воздействия. Статья опубликована в журнале Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics.
— В качестве материала для армирования были выбраны углепластиковые нити. Они обладают уникальным сочетанием свойств, критически важных для протеза: невероятно прочные и жесткие, но при этом очень легкие. Нить из такого углепластика диаметром всего 0,3 миллиметра выдерживает нагрузку до 520 МПа, в то время как предел прочности нейлона, из которого печатается гильза, составляет около 15,5 МПа. Именно это позволяет точечно усиливать конструкцию в самых слабых местах, не утяжеляя ее и сохраняя идеальное прилегание к телу пациента, — объяснила Дарья Долгих, младший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ.
По сути, технология создает для гильзы индивидуальный «цифровой скелет». Для этого на основе 3D-скана культи строится виртуальная модель и осуществляется расчет распределения давления при ходьбе. Таким образом находятся «горячие точки» — участки максимальной нагрузки, где риск поломки самый высокий. Затем в эти зоны цифровой модели встраивается каркас из тонких углепластиковых стержней.
— Наш подход позволяет гибко настраивать ключевые параметры усиления: количество углеродных нитей, шаг между ними и глубину залегания. Это обеспечивает оптимальное перераспределение нагрузки, когда углеродные волокна берут на себя основное механическое напряжение, предотвращая разрушение полимерного материала гильзы, — рассказал Михаил Ташкинов, заведующий научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, кандидат физико-математических наук.
Расчеты показывают, что такая конфигурация снижает опасную нагрузку на пластик более чем на 40%, что делает гильзу чрезвычайно устойчивой к разрушению при использовании.
На практике это будет работать следующим образом. Врач снимет с культевой области пациента 3D-скан и загрузит его в программу, которая рассчитает индивидуальную карту нагрузок и создаст цифровую инструкцию для специального 3D-принтера. Оборудование, следуя ей, в процессе печати из нейлона будет автоматически вплетать в гильзу карбоновые стержни — прямо в ее самые уязвимые точки. На выходе получится готовое, уже усиленное изделие.
Разработка уже прошла этап комплексного компьютерного моделирования и представляет собой готовую методологию для внедрения в производство. В перспективе это может существенно улучшить качество жизни тысяч людей с ампутациями, повысив надежность и безопасность протезов.
Telegram 
Дзен 
VK Ученые из Института космических исследований РАН и МФТИ раскрыли химический механизм, объясняющий появление молекул воды на поверхностях астероидов.
Пройдя перигелий 30 октября 2025 года — ближайшую к Солнцу точку на своей траектории, — 3I/ATLAS буквально взорвалась активностью: объект выбросил мощные потоки воды, монооксида углерода (СО), углекислого газа (СО₂) и органических молекул, превратившись в полноценную комету. Наблюдения с помощью космической обсерватории SPHEREx впервые позволили увидеть, как вещество из другой звездной системы начинает полностью испаряться под Солнцем, раскрывая свой изначальный химический состав.
Пластичность мозга — его способность перестраиваться под влиянием приходящей информации. Это свойство необходимо для обучения и адаптации. Пластичность особенно высока в детском и юношеском возрасте, она помогает быстро выучить иностранный язык и освоить сложные моторные навыки (например, фигурное катание). Ресурс пластичности есть и у пожилых людей — благодаря альтернативным нейронным сетям они восстанавливаются после травмы или инсульта. Как выясняется, высокая пластичность это не всегда хорошо. Нарушение тонкого баланса между пластичностью и стабильностью может вести к неприятным последствиям, таким как хроническая боль, тиннитус (звон в ушах) и фобии.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
На наземные растения, в основном деревья, приходится 80 процентов всей биомассы Земли, 450 миллиардов тонн сухого углерода и более двух триллионов тонн «живого веса». Поэтому идея сажать новые леса для связывания СО2 из атмосферы долго казалась логичной. Новые данные показали, что реальность заметно сложнее.
«Любить лишь можно только раз», — писал поэт Сергей Есенин, а герои культовых сериалов приходили к выводу, что «настоящая» влюбленность случается в жизни максимум дважды. Однако ни один из этих тезисов не подкреплен научными данными. Американские исследователи подошли к вопросу иначе: опросили более 10 тысяч человек и вывели среднее число сильных влюбленностей, возможных в течение жизни.
Астрономы недавно проанализировали базу данных о падающих на Землю объектах и пришли к выводу, что два из них прибыли из межзвездного пространства. Известна не только дата, но и место падения каждого из них.
Международная команда палеонтологов описала новый вид динозавра размером с крупную современную птицу. Он носил на голове плотный костяной нарост, который эти животные, возможно, использовали для внутривидовых разборок. Находка показывает, что даже мелкие хищники мелового периода могли решать конфликты не только когтями и зубами, но и ударами головой.
Образцы грунта, взятые астронавтами полвека назад, вложили еще один важный кирпич в здание научной картины мира: гипотеза о том, что Земля исходно была сухой, не стыкуется с фактами. Похоже, идею о невозможности сохранения большого количества воды на «теплых» планетах придется пересмотреть.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно