Роботизированная технология, применяемая на теле, такая как экзоскелет с приводом от двигателя, предназначена для того, чтобы помочь людям оставаться мобильными даже в пожилом возрасте или помочь им в медицинской реабилитации. Несмотря на то, что исследования продвигаются вперед, все еще существует серьезная проблема: как заставить людей и автоматизированный экзоскелет идеально взаимодействовать?
Технически это означает: как достичь идеального механического взаимодействия, чтобы они росли вместе? На этот вопрос нелегко ответить, потому что каждый человек антропометрически и биомеханически считается уникальным, то есть его конечности, их подвижность и походка абсолютно индивидуальны. Соответственно, для каждого человека должно быть разработано отдельное решение.
Картинная галерея
3D сканирование записывает индивидуальную анатомию
Готовые решения - не лучший вариант. Бельгийские ученые разработали регулируемые ортезы, которые можно прикрепить к телу с помощью ремней и зажимов. Поскольку крепления часто скользили, экзоскелет не мог использоваться эффективно. Исследовательская группа нашла другое решение: с помощью 3D-сканирования можно записать индивидуальную анатомию и сделать ортез, который точно соответствует анатомии.
Более конкретно, физические интерфейсы экзоскелета сканируются здесь в 3D, потому что они представляют механическую связь между людьми и роботами. С помощью этого метода можно добиться лучшего взаимодействия между человеком и ортезом и большей стабильности экзоскелета, не жертвуя комфортом. Для реализации этого решения исследовательская группа приобрела 3D-сканер объектов Artec Eva у Artec 3D у золотого партнера 4C Creative CAD CAM Consultants.
3D-сканирование имеет несколько преимуществ по сравнению с регулируемыми ортезами: благодаря точному сканированию цифровое изображение пациента может быть получено менее чем за пять минут. Экзоскелет МИРАД предназначен для поддержки бедер, коленей и лодыжек с обеих сторон при ходьбе. Следовательно, специальная литература по биомеханике должна использоваться для определения того, какие силы должны передаваться суставам соответствующего лица (лодыжки, колени и бедра), чтобы эффективно поддерживать их при ходьбе.
Привод хорошо подходит для экзоскелетов
Имея эту информацию и знания о пороге боли под давлением, то есть максимальном давлении, которое человек может выдержать в определенной области тела без ощущения боли, можно создать ортопедический прототип. Ключевой особенностью привода является использование регулируемого упругого элемента - пружины с переменным предварительным натяжением - последовательно соединенного с электроприводом. Благодаря своим свойствам привод хорошо подходит для экзоскелетов: он накапливает энергию и обеспечивает повышенную пиковую мощность, устойчивость к ударам и низкое выходное сопротивление. В отличие от обычных жестких приводов, таких как зубчатый привод, этот мягкий привод допускает отклонения от целевого положения, если на него действуют внешние силы.
Чтобы изготовить индивидуальный ортез, доктор Ланглуа из исследовательской группы Robotics & Multibody Mechanics (R & MM) впервые определил области, которые необходимо охватить. К ним относятся голени. Затем он выбирает одного или нескольких людей, на которых проверяется ортез. Эти люди сканируются, и данные сканирования обрабатываются в программном обеспечении 3D-моделирования Artec Studio.
Преимущества 3D сканирования и 3D печати
После постобработки файл. STL экспортируется в программу CAD, где разрабатывается идеально подходящий ортез. Последний шаг - сделать ортез с помощью аддитивного процесса изготовления. После 3D-печати ортеза его армируют углеродным волокном и эпоксидной смолой из композитного материала.
3D сканирование и 3D печать особенно выгодны по сравнению с гипсовой формой, потому что данные могут храниться в цифровом виде. С точки зрения дизайна, цифровой процесс имеет то преимущество, что заинтересованное лицо может быть полностью вовлечено в конструирование робота. Он также предлагает больше свободы при изготовлении или изготовлении ортеза, поскольку позволяет использовать процессы CAM (CAM = Computer Aided Manufacturing), такие как 3D-печать. Это, в свою очередь, может сэкономить затраты и улучшить как качество, так и применимость продуктов.