นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทคได้พัฒนาอวัยวะเทียม 3D ร่วมกับเซ็นเซอร์ตรวจจับ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียเทคได้พัฒนาอวัยวะเทียม 3D ร่วมกับเซ็นเซอร์ตรวจจับ

        นักวิจัยที่ Virginia Tech กำลังบูรณราการเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์เข้ากับอวัยวะเทียมพิมพ์ 3D เพื่อใช้ในส่วนบุคคล ซึ่งเป็นการพัฒนาที่อาจนำไปสู่การผลิตขาเทียมที่บังคับแบบไฟฟ้าที่ราคาไม่สูงมาก โดยการบูรณาการนี้นักวิจัยได้ทำการรวบรวมข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับการทำงานของอวัยวะเทียมที่จะใช้อิเล็กทรอนิกส์และเซ็นเซอร์เข้าไปร่วมด้วย ไว้อย่างมากมายซึ่งขาเทียมนีจะช่วยเพิ่มความสะดวกสบายให้แก่ผู้ใช้งานมากยิ่งขึ้น การประยุกต์ใช้วัสดุในการนำขาเทียมนั้นได้นำเทคโนโลยีการพิมพ์แบบ 3D เข้ามาช่วยในการออกแบบและผลิตขาเทียม แทนการผลิตแบบมือทำให้เพิ่มโอกาศที่จะเลือกใช้วัสดุในกาออกแบบได้มากยิ่งขึ้น หรือทำใหเลือกวัสดุที่เหมาะสมกับผิวหนังของผู้ใช้ได้ดีกว่าแบบเดิมๆ ที่ใช้อยู่เพราะเทคโนโลยีแบบ 3D นั้นสามารถใช้วัสดุได้หลากลายกว่า ทั้งนี้ยังทำให้การประกอบเซ็นเซอร์ต่างๆ เข้าไปร่วมกับขาเทียมด้วยนั้นทำได้ง่าย และยังเหมาะสมกับอินเตอร์เฟซของผู้ใช้งานด้วย

        ตามข้อมูลจากคุณ Yuxin Tong นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาด้านวิศวกรรมอุตสาหการและระบบ ผู้เขียนคนแรกของการศึกษานี้ได้ตีพิมพ์เป้าหมายสูงสุดอของการศึกษานี้คือการสร้างวิธีปฏิบัติทางวิศวกรรมและกระบวนการที่สามารถเข้าถึงคนจำนวนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในการออกแบบขาเทียมนี้ โดยมีความพยายามเริ่มต้นที่เด็กวัยรุ่นชื่อ “Josie Fraticelli” Yuxin Tong กล่าวว่า”หวังว่าพ่อแม่ทุกคนจะสามารถปฏิบัติตามคำอธิบายจากกระดาษที่เราตีพิมพ์และพัฒนามือเทียมต้นทุนต่ำแบบส่วนบุคคลสำหรับเด็กๆ ของพวกคุณ” 

        ในการเริ่มพัฒนาขาเทียมแบบอิเล็กทรนอกส์นั้น นักวิจัยได้เริ่มต้นด้วยการสแกน 3 มิติที่แขนและขาของ Fraticelli จากนั้นเขาได้ใช้ข้อมูลการสแกนแบบ 3 มิตินี้ เพื่อเป็นแนวทางในการบูรณาการเซ็นเซอร์เข้ากับช่องที่ไว้สำหรับใส่ขาเทียมกับขา โดยใช้เทคนิคการพิมพ์แบบ 3 มิติ ทำต้นแบบออกมา “การปรับเปลี่ยนขนาดของส่วนที่จะใช้สวมใส่นั้น ได้นำเครื่องสแกนเนอร์ 3 มิติ เข้ามาใช้สแกนแบบ 3 มิติ และการพิมพ์ 3 มิติ เพื่อความรวดเร็วในการออกแบบและผลิตเทคโนโลยีใหม่ๆ อย่างเช่น ขาเทียม แขนเทียม สำหรับช่วยเหลือมนุษย์ และการดูแลสุขภาพรวมถึงการช่วยเหลือในด้านอืนๆ อีกมากมาย “Blake Johnson” ผู้ช่วยศาสตราจารย์เวอร์จิเนียเทคสาขาวิศวกรรมอุตสาหการและระบบ ได้กล่าวไว้ งานวิจัยของ Johnson’s เกี่ยวกับมือเทียม ซึ่งเป็นจุดสร้างแรงบันดาลใจให้กับเค้าเมื่อเขาโดยที่เค้าได้เรียนรู้และได้เริ่มพัฒนาจากลูกสาวของเพื่อนร่วมงาน คือ Fraticelli  อายุ 12 ปี ซึ่งเกิดมาจากโรคน้ำคร่ำ ในขณะที่อยู่ในมดลูกมือของของเธอก็หยุดการพัฒนาลง ซึ่งเกิดจากแถบน้ำคร่ำคล้ายสตริงจะจำกัดการไหลเวียนของเลือด และส่งผลต่อการพัฒนาที่มือขวาของเธอจึงทำให้นิ้วมือขาดมือ

        Johnson ได้ใช้ความเชี่ยวชาญด้านการวิจัยของเขาในการผลิตทางชีวภาพ ร่วมกับทางทีมวิจัยระดับปริญญาตรีสหวิทยาการเพื่อทำการพิมพ์ 3D แบบไบโอนิคเพื่อเป็นมือของ Fraticelli และข้อมูลนี้ได้กลายเป็นพื้นฐานของการวิจัยที่เผยแพร่ในขณะนี้ ขณะที่พวกเขาทำงานวิจัยเพื่อพัฒนากับ Fraticelli พวกเขายังคงปรับแต่งต้นแบบเทียมโดยการพัฒนาเทคนิคการผลิตแบบใหม่ที่จะช่วยให้ฝ่ามือของ Fraticelli เหมาะสมยิ่งขึ้น โดยทำการพัฒนาอวัยวะเทียมที่สามารถใช้งานได้สะดวกสบาย และยังมีความกระชับมากยิ่งขึ้นด้วย  ในขณะที่พวกเขาทำการพัฒนาก็ได้พบว่าการติดต่อระหว่างเนื้อเยื่อของ Fraticelli และอวัยวะเทียมนั้นมีการพัฒนาเพิ่มขึ้นจากเดิมเกือบ 4 เท่า เมื่อเทียบกับอุปกรณ์ที่ไม่ได้ทำปรับแต่งให้เเป็นแบบเฉพาะส่วนบุคคลนั้นๆ ด้วยพื้นที่สัมผัสกับผิวหนังที่เพิ่มขึ้นนั้นทำให้พวกเขาสามารถทำการระบุตำแหน่งที่จะฝังเซ็นเซอร์อาร์เรย์อิเล็กโทรด เพื่อทำการตรวจจับในการทดสอบการกระจายความดันซึ่งช่วยให้พวกเขาปรับปรุงการออกแบบให้ดียิ่งขึ้น

        การทดลองตรวจจับแรงกดดันนั้นได้ดำเนินการโดยใช้อวัยวะเทียมทั้งสองแบบที่มีและไม่มีการตรวจจับอาเรย์อิเล็กโทรด เมื่อทำการทดลองเหล่านี้กับ Fraticelli แล้ว พวกเขาพบว่าการกระจายแรงกดนั้นแตกต่างกันอย่างมาก เมื่อ Fraticelli ทำการผ่อนคลายมือของเธอเมื่อเทียบกับการจับมือในท่าเกร็ง “ความไม่ตรงกันระหว่างผิวที่อ่อนนุ่ม และส่วนต่อประสานที่ซับซ้อนยังคงเป็นปัญหาที่จะช่วยลดความสอดคล้องกัน” Yuxin Tong กล่าวไว้ “เซ็นเซอร์อาร์เรย์อิเล็กโทรดที่ใช้ตรวจจับทำให้เพิ่มโอกาศใหม่ๆ ที่จะช่วยในการปรับปรุงการออกแบบขาเทียมให้ดีมากยิ่งขึ้น”

 

ที่มา : https://www.3ders.org/articles/