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 В конце 2025 года СМИ рассказали нам, что «новая» российская орбитальная станция (РОС) будет состоять из модулей, летающих в космосе до 30 лет. «И так сойдет!»: новую российскую орбитальную станцию соберут из остатков МКС», «Отцепим старье от МКС и будем бесконечно чинить» — это не издание «Панорама», а абсолютно реальные заголовки российских СМИ. Печально, но сходную позицию занял и лучший космический журналист и расследователь современного мира Эрик Бергер. Он зашел настолько далеко, чтобы пожалеть, что Дмитрий Рогозин уже не возглавляет «Роскосмос». А вот у тех, кто знает тему, решения по РОС, заявленные официальными лицами в конце прошлого года, вызвали положительную реакцию. Почему?
Три из четырех крупнейших спутников Юпитера известны «согласованностью» своего обращения вокруг Юпитера: пока Ганимед совершает полный оборот, Европа описывает два круга, а Ио — четыре. Только Каллисто нарушает гармонию и движется «по-своему», и недавно этому предложили новое объяснение: возможно, так сложилось из-за неоднородности того газопылевого облака, в котором эти луны формировались.
Наблюдения за поверхностью Красной планеты показали наличие в ее прошлом очень долгоживущих водоемов. Но жидкая вода должна была замерзать на древнем Марсе, потому что Солнце в ту эпоху было на десятки процентов тусклее, чем сегодня. Новые расчеты позволили ученым предположить, что эта загадка имеет решение — если учесть роль водного льда.
В конце 2025 года СМИ рассказали нам, что «новая» российская орбитальная станция (РОС) будет состоять из модулей, летающих в космосе до 30 лет. «И так сойдет!»: новую российскую орбитальную станцию соберут из остатков МКС», «Отцепим старье от МКС и будем бесконечно чинить» — это не издание «Панорама», а абсолютно реальные заголовки российских СМИ. Печально, но сходную позицию занял и лучший космический журналист и расследователь современного мира Эрик Бергер. Он зашел настолько далеко, чтобы пожалеть, что Дмитрий Рогозин уже не возглавляет «Роскосмос». А вот у тех, кто знает тему, решения по РОС, заявленные официальными лицами в конце прошлого года, вызвали положительную реакцию. Почему?
Ученые задались вопросом: почему два расположенных по соседству спутника Юпитера такие разные, ведь на Ио повсеместно извергаются вулканы, а Европа полностью покрыта многокилометровой коркой льда. Есть версия, что Ио когда-то тоже была богата водой, но по итогам недавнего исследования это сочли неправдоподобным.
Три из четырех крупнейших спутников Юпитера известны «согласованностью» своего обращения вокруг Юпитера: пока Ганимед совершает полный оборот, Европа описывает два круга, а Ио — четыре. Только Каллисто нарушает гармонию и движется «по-своему», и недавно этому предложили новое объяснение: возможно, так сложилось из-за неоднородности того газопылевого облака, в котором эти луны формировались.
На скалистых берегах аргентинской Патагонии разворачивается настоящая драма. Магеллановы пингвины, долгое время чувствовавшие себя в безопасности на суше в своих многотысячных колониях, столкнулись с новым и беспощадным врагом. Их извечные морские страхи — касатки и морские леопарды — теперь блекнут перед угрозой, пришедшей из глубины материка. Виновник переполоха — грациозный и мощный хищник, недавно вернувшийся на эти земли после долгого изгнания.
У побережья Канады морские биологи стали свидетелями необычного случая. Косатки и дельфины объединили свои силы, чтобы вместе охотиться на тихоокеанского лосося. Они погружались в темные глубины, а после удачной охоты делились пищей. Это первое задокументированное охотничье сотрудничество между двумя видами морских млекопитающих.
Ученые задались вопросом: почему два расположенных по соседству спутника Юпитера такие разные, ведь на Ио повсеместно извергаются вулканы, а Европа полностью покрыта многокилометровой коркой льда. Есть версия, что Ио когда-то тоже была богата водой, но по итогам недавнего исследования это сочли неправдоподобным.
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