Tạo cánh tay sinh học in 3D được điều khiển bằng suy nghĩ với Artec Eva
Ngày tạo: 18/08/2020 3:13:56 CH
Paul Teupel sinh ra đã không có phần lớn cánh tay trái. Anh ấy đã có nhiều cánh tay giả trong nhiều năm, bắt đầu từ khi lên 3 tuổi. Không lâu sau đó, anh ấy được trao cho cánh tay thứ hai, theo cách nói của anh ấy, “đó là một sự biến dạng khủng khiếp, giống như một cái móc kép được giữ cố định bởi một dây đeo vai, quá cồng kềnh để đeo, và nó trông rất khủng khiếp, ”anh nói. "Điều đó đã thúc đẩy tôi không đeo bất kỳ bộ phận giả nào trong vài năm." Mặc dù anh ấy lớn lên vào khoảng đầu thiên niên kỷ, nhưng giao diện và thiết kế của các bộ phận giả vẫn không thay đổi nhiều trong 50 năm trước đó hoặc hơn. Cánh tay và bàn tay giả đã trông giống thực hơn một chút và thoải mái hơn một chút, nhưng chúng vẫn còn lâu mới thực sự có chức năng và khả năng sống.
Những bộ phận giả đầu thế kỷ 20, trong bộ sưu tập lịch sử của Sanitätshaus Klinz
Sau đó, ở tuổi 12, Paul nhận được bộ phận giả cơ điện đầu tiên của mình (với một bàn tay Ottobock). Đó là một cột mốc quan trọng đối với anh, vì đây là lần đầu tiên anh có thể cầm và nắm đồ vật bằng cánh tay trái. Kể từ ngày này, ngày nào anh cũng đeo chân giả. Mặc dù vậy, cánh tay mới này cho phép anh ta chỉ gập khuỷu tay 30 độ, đây là một cải tiến, nhưng vẫn còn nhiều điều mong muốn.
Carsten Suhle, Kỹ thuật viên chỉnh hình
Paul trở thành bệnh nhân của Sanitätshaus Klinz ở Bernburg, Đức, vào đầu những năm 1990, không lâu sau khi nước Đức thống nhất, và đã làm việc với kỹ thuật viên chỉnh hình Carsten Suhle của công ty từ năm 1997. Anh ấy luôn cung cấp cho Paul những công nghệ mới nhất tốt nhất. trong các bộ phận giả. Từ khoảnh khắc lần đầu tiên gặp Paul và nhìn kỹ cánh tay của anh ấy, tâm trí Carsten đã bừng lên sức sống và bắt đầu quay. Và vì vậy, một ngày vào mùa xuân năm 2017, với kế hoạch tạo ra một cánh tay mới sáng tạo trong khuôn khổ luận văn Thạc sĩ của mình, anh ấy đã nói với Paul đừng quen với cánh tay giả mà anh ấy có, "Chúng tôi sẽ chế tạo một cánh tay giả cho bạn sẽ tốt hơn bất cứ điều gì bạn đã từng thử hoặc thậm chí đã thấy, bạn nói gì? " Paul nhiệt tình đồng ý và trong suốt 5 tháng tiếp theo, khi hợp tác chặt chẽ với Carsten, cánh tay sinh học của Paul đã trở nên hiện thực.
Gerd Klinz, Chủ sở hữu và Người sáng lập
Kể từ khi Sanitätshaus Klinz mở cửa vào năm 1990, Gerd Klinz, chủ sở hữu và người sáng lập, đã có ánh sáng chỉ đạo là đi đầu trong đổi mới và sự thoải mái cho bệnh nhân, tất cả để họ có thể mang lại mức độ di động và độc lập tối đa cho bệnh nhân của mình. Trong công việc hàng ngày của công ty, họ đã sử dụng máy tiện, keo dán, khuôn thạch cao, sợi thủy tinh, phay CNC, cũng như các vật liệu và công cụ và công nghệ hiện đại như quét 3D và in 3D, Kevlar, các loại nhựa khác nhau, v.v. Họ có nhiều chi nhánh xung quanh Sachsen-Anhalt, Đức, và bệnh nhân đến với họ từ các vùng khác của đất nước cũng như bay đến từ nước ngoài.
Kiểm tra lớp vữa trát trước khi quét
Nhưng hãy quay trở lại những ngày đầu làm việc của Carsten trên cánh tay mới của Paul. Kết hợp sức mạnh tổng hợp của nhiều năm chuyên môn trong lĩnh vực chỉnh hình, tư duy thiết kế của riêng mình, và kỹ thuật quét và in 3D mới nhất, chỉ một thời gian ngắn trước khi ông tạo ra nguyên mẫu đầu tiên cho Paul. Paul đã thử việc này đến lần thay đồ khác, không bao giờ mất hy vọng vào chuyên môn của Carsten và trí tưởng tượng đáng kinh ngạc đã thúc đẩy họ đến gần hơn với thành công. Nhiều tuần trôi qua, các nguyên mẫu phù hợp hơn với tầm nhìn của Carsten về cánh tay cuối cùng sẽ trông như thế nào.
Nhưng ở đâu đó, Carsten nhận ra rằng không phải tầm nhìn của anh ấy đang ngăn cản họ đạt được kết quả tốt nhất, mà là một số công cụ họ đang sử dụng. Cụ thể, máy quét 3D mà họ đang sử dụng để tạo mô hình 3D của cánh tay trên bên trái của Paul (phần chi còn lại), nhằm thiết kế một cánh tay mới chính xác phù hợp hoàn hảo với giải phẫu của Paul. Trừ khi các điểm kết nối và khoảng trống cho phép chuyển động đủ giữa chân giả và cơ thể của Paul là chính xác, cánh tay mới sẽ không chỉ đơn thuần khó chịu mà còn đa chức năng.
“Với hàng trăm, nếu không phải hàng nghìn chuyển động được thực hiện mỗi ngày, cơ thể của Paul cần một bộ phận giả hài hòa với nó một cách tự nhiên, như một phần mở rộng của cơ thể, để trong một khoảng thời gian ngắn, anh ấy có thể sống cuộc sống của mình và không nghĩ về cánh tay của anh ấy. Đó là mục tiêu của tôi. Và đó là mục tiêu của tôi với mọi bệnh nhân của tôi. Với Paul, tôi nghĩ chúng tôi đã đạt được điều đó, nhưng điều đó không có nghĩa là chúng tôi dừng lại ở đó ", Carsten tiếp tục," Khi nhiều năm trôi qua, tôi sẽ làm mọi thứ có thể để mang đến cho anh ấy bộ chân giả tốt nhất sử dụng các công nghệ mới nhất, ngay cả khi chúng ta phải tự mình tạo ra đột phá! ”
Carsten đã nói về điều này, “Trước khi tôi bắt đầu quét 3D, tôi chưa bao giờ nghĩ rằng có thể có sự khác biệt lớn như vậy trong máy quét 3D… Tôi nghĩ rằng máy quét là một máy quét, tất nhiên, với một số thay đổi về độ chính xác và tốc độ chụp, nhưng thực tế là so sánh máy quét có thể giống như so sánh giữa những chiếc sedan giá rẻ với những chiếc Lamborghini, và sau đó có phạm vi tồn tại giữa chúng, từ cao đến thấp ... trước tiên bạn cần quyết định điều gì là quan trọng nhất đối với bạn và trong trường hợp của chúng tôi, đó là mức cao nhất của độ chính xác, dữ liệu rõ ràng nhất, cùng với tốc độ chụp và tất nhiên cần phải xử lý hậu kỳ dễ dàng để các bản quét được kết hợp với nhau một cách nhanh chóng thành mô hình 3D sẵn sàng cho bước tiếp theo. ”
Maria Köhlitz, nhà thiết kế chỉnh hình của Sanitätshaus Klinz, giải thích: “Trước đây chúng tôi đã sử dụng và thử nghiệm một số máy quét 3D, bao gồm GO! Scan bằng Creaform và máy quét Kinect 3D, nhưng mọi máy quét chúng tôi đã thử đều không thể cung cấp độ chính xác mà chúng tôi cần, hoặc tốc độ khung hình để chụp đơn giản là không đủ cao, "cô ấy tiếp tục," Vì vậy, khi bệnh nhân di chuyển trong quá trình quét, như bệnh nhân đôi khi làm, những máy quét đó mất theo dõi và chúng tôi cần phải quét khu vực đó một lần nữa, hoặc kết quả quét quá tệ nên việc chỉnh sửa và căn chỉnh chúng trong quá trình xử lý hậu kỳ là quá khó. ”
Carsten giải thích thêm, “Khi lần đầu tiên tôi bắt đầu nhìn vào máy quét 3D, tôi đã tưởng tượng rằng chúng ta có thể bù đắp bất kỳ thiếu sót nào trong máy quét bằng cách trở nên thành thạo hơn với việc xử lý quét. Nhưng điều đó không hiệu quả. Khi bạn bắt đầu với dữ liệu sai sót, bạn có thể dành hàng giờ đồng hồ với nó và nó sẽ không bao giờ hoàn hảo ”, anh ấy tiếp tục,“ Hãy nghĩ xem nếu bạn đánh rơi một chiếc bình và sau đó dành nhiều thời gian để dán chúng lại với nhau. Có, cuối cùng nó có thể trông mới trở lại, nhưng kiểm tra kỹ sẽ thấy các vết nứt. Tốt hơn là không nên làm rơi chiếc bình ngay từ đầu. ”
“Bắt đầu với dữ liệu sạch hoàn hảo và các bản quét sống động như thật. Đó là những gì Artec Eva của chúng tôi mang lại cho chúng tôi. ”–Carsten Suhle, Kỹ thuật viên chỉnh hình
Carsten hiểu rằng họ cần sự hướng dẫn của các chuyên gia đáng tin cậy trong lĩnh vực này, vì vậy họ đã chuyển sang Đại lý được chứng nhận vàng Artec KLIB, những người có kỹ thuật viên và chuyên gia tư vấn giàu kinh nghiệm đã giới thiệu họ với máy quét 3D cầm tay chuyên nghiệp của Artec là Eva và Space Spider và cung cấp cho họ khóa đào tạo về cả hai.
Artec Eva là máy quét 3D màu chuyên nghiệp sử dụng ánh sáng trắng có cấu trúc an toàn. Nhẹ và thoải mái khi sử dụng, Eva lý tưởng để chụp kỹ thuật số các đối tượng có kích thước trung bình, chẳng hạn như cánh tay, chân và cơ thể người. Tự hào với độ chính xác điểm lên đến 0,1 mm, Eva là một trong những máy quét 3D phổ biến nhất trong nhiều ngành khác nhau, từ chăm sóc sức khỏe đến thiết kế công nghiệp và khoa học.
Paul Teupel và Nhà thiết kế chỉnh hình Maria Köhlitz với Artec Eva
Máy quét ánh sáng có cấu trúc 3D màu cầm tay với độ chính xác điểm đặc biệt lên đến 0,05mm, Artec Space Spider vượt trội trong việc quét các vật thể nhỏ một cách nhanh chóng, đồng thời dễ học và sử dụng, với thành tích lâu dài về khả năng quét hoàn hảo các ngón tay, bàn tay, tai, khuôn mặt và hơn thế nữa. Trong quá trình chụp ảnh kỹ thuật số, quá trình quét diễn ra trực tiếp trong phần mềm Artec Studio nổi tiếng trong ngành theo thời gian thực. Cả Eva và Space Spider đều được tích hợp linh hoạt với phần mềm mô hình Geomagic Freeform.
Như đã chứng minh trong video, so với phương pháp đúc thạch cao truyền thống, Artec Eva có thể tiết kiệm thời gian rất nhiều. Trong ví dụ được hiển thị, 2,5 giờ cần thiết từ đầu đến cuối khi casting trái ngược với chỉ 12 phút từ đầu đến cuối với Eva. Và điều đó ngoài sự đảm bảo về độ chính xác và độ chính xác cao nhất của máy quét 3D cầm tay chuyên nghiệp của Artec, chưa kể đến sự tiện lợi tuyệt đối khi có trong tay một kho lưu trữ kỹ thuật số hoàn hảo để sử dụng trong tương lai. Những lợi thế công nghệ như vậy là không thể bỏ qua.
Cận cảnh khớp khuỷu tay của cánh tay mới của Paul
Nhìn chung, phải mất khoảng 10 tháng từ nguyên mẫu đầu tiên cho đến khi cánh tay cuối cùng sẵn sàng để lắp. Bàn tay (bebionic) được mua từ Ottobock, trong khi bộ phận giả hoàn toàn do Carsten tạo ra, được thiết kế bằng Geomagic Freeform và được in 3D từ nhựa PA2200. Ngoài ra còn có lớp đệm silicone màu xanh lam được sử dụng làm mặt phân cách giữa chân giả và phần chi còn lại của Paul. Bên trong thân chân giả là dây cáp và dây dẫn đến các cảm biến từ da của Paul sử dụng điện cơ (điện cơ) để di chuyển cánh tay và bàn tay mới. Vì vậy, chỉ đơn giản bằng cách nghĩ về một chuyển động cụ thể, các cơ thường di chuyển cánh tay theo cách đó sẽ được kích hoạt, cảm biến nhận điện thông qua cảm biến da và chân giả di chuyển và hoạt động như Paul đã dự định.
Nói rằng Paul hài lòng với kết quả sẽ là một cách nói quá: “Carsten đã làm một công việc to lớn trong việc phát triển và chế tạo cánh tay mới của tôi. Ông đã phát minh lại một hệ thống khớp đôi với hai trục quay, cho phép phạm vi chuyển động hơn 90 độ. Tôi sẽ không bao giờ quên khoảnh khắc lần đầu tiên trong đời, tôi nâng ly chân của một bệnh nhân. Và đối với điều này, Eva là sự lựa chọn hoàn hảo. Nhưng sau đó chúng tôi muốn mở rộng phạm vi thiết kế và sáng tạo xuống các ngón tay và các khớp nối nhỏ, vì vậy chúng tôi đã mua một con Nhện không gian. Giờ đây, các bản quét và mức độ chi tiết đã rất ấn tượng, chúng tôi thậm chí có thể nhìn thấy hoàn hảo các dấu vân tay trong các bản quét mà chúng tôi đang thực hiện ”.
Paul tận hưởng sự tự do với cánh tay sinh học mới của mình
Từ chối cảm thấy bị giới hạn hoặc khuyết tật một lần nữa, ngày nay Paul có quyền tự do để thực hiện sở thích yêu thích của mình: cưỡi và phục hồi mô tô và xe máy. Cánh tay và bàn tay bionic mới của anh ấy luôn theo kịp anh ấy trên từng bước đường, cho phép anh ấy nắm chặt các cờ lê và tua vít, các bộ phận lớn và nhỏ, với mười ngón tay đủ khéo léo để xử lý vòng đệm và bugi, và mọi thứ anh ấy mơ ước kể từ đó anh ấy là một cậu bé.
Hệ thống bảo hiểm y tế của chính phủ Đức đã quyết định xác nhận việc quét và in 3D trên toàn quốc các bộ phận giả là ưu việt hơn các phương pháp thiết kế và tạo chỉnh hình và bộ phận giả truyền thống. Họ đưa ra quyết định này không chỉ vì quét 3D tiết kiệm chi phí hơn trong thời gian ngắn mà còn do độ bền lâu dài, cũng như mức độ thoải mái và di chuyển của bệnh nhân được nâng cao, cả trong quá trình khám và lắp máy, cùng với thời gian dài sử dụng bệnh nhân và giảm tần suất đến văn phòng cần thiết. Bảo hiểm y tế của Đức hiểu rằng quét 3D là tương lai của các bộ phận giả và chỉnh hình.
Nguồn: Artec3d.com
.jpg)
.jpg)