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 Олдувайском ущелье на севере Танзании ученые обнаружили скелет слона возрастом 1,78 миллиона лет, а рядом с ним — необычные для того времени каменные орудия. Авторы нового исследования полагают, что им удалось найти древнейшее место разделки гигантской добычи.
Лесные пожары в России ежегодно наносят ущерб в миллиарды рублей и выбрасывают в атмосферу миллионы тонн парниковых газов. Для борьбы с ними создают противопожарные минерализованные полосы, но они быстро зарастают, требуя дорогостоящего и трудоемкого ухода. Ученые Пермского Политеха предложили, как можно удешевить этот процесс с помощью отходов содового производства. Это не требует переработки сырья, подавляет рост растений на 83% и позволяет эффективно и экономично защитить леса от огня и безопасно утилизировать промышленные отходы.
Нейрофизиологи обнаружили механизм, который блокирует начало действий в стрессовых условиях. Временное отключение этого нейронного пути вернуло обезьянам мотивацию выполнять работу даже при наличии отталкивающих факторов.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
Ученые уверены, что покрытая водяным льдом юпитерианская луна Европа скрывает внутри себя глобальный океан, но сомневаются в его жизнепригодности. В недавнем исследовании они попытались оценить степень активности в недрах спутника и пришли к неутешительному выводу: тектоника там вряд ли способна обеспечить обогащение воды минералами.
В Олдувайском ущелье на севере Танзании ученые обнаружили скелет слона возрастом 1,78 миллиона лет, а рядом с ним — необычные для того времени каменные орудия. Авторы нового исследования полагают, что им удалось найти древнейшее место разделки гигантской добычи.
От рыб произошли все наземные позвоночные, включая нас, но как именно рыбы стали главным населением морей — до последнего времени оставалось неясным. Авторы новой научной работы попытались доказать, что причиной этого было вымирание, возможно, вызванное белыми ночами.
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.
Среди самых интригующих открытий космического телескопа «Джеймс Уэбб» — компактные объекты, получившие название «маленькие красные точки». Их видели только в самых дальних уголках Вселенной. Большинство возникло в первый миллиард лет после Большого взрыва, и ученые предполагали, что такие источники представляют собой небольшие компактные галактики. Однако международная команда астрономов пришла к иному выводу. Они предположили, что на самом деле «маленькие красные точки» — черные дыры, окруженные массивной газовой оболочкой.
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