На 3D-принтері надрукували анатомічно точний штучний палець

Американські і японські інженери створили штучний аналог пальця, що відносно точно повторює його будову, в тому числі кільцеві зв'язки і сухожилля-згиначі. Особливість цієї розробки полягає в тому, що вона була надрукована за одну операцію за допомогою 3D-принтера, що працює з різними матеріалами. Стаття була представлена на конференції UR 2020.

Роботи зі схожою на людське тіло конструкцією використовуються як самі по собі, так і в якості протезів рук або ніг. У роборуках пензля часто зовні і за функціями повторюють роботу справжніх пензлів, але зсередини влаштовані інакше: часто в них між кожною парою фаланг розташовані електромотори. У людини пальці згинаються іншим чином. У них на фалангах або між ними розташовуються кільцеві зв'язки, через які проходять сухожилля-згиначі. Вище, в області передпліччя, ці сухожилля переходять у м'язи - глибокі і поверхневі згиначі пальців. Існують роборуки, в яких цей механізм повторюється за допомогою тросів, що проходять крізь пальці, але по конструкції вони все одно не повністю аналогічні справжній пензлю.

Група інженерів під керівництвом Сініті Хіраї (Shinichi Hirai) з Університету Ріцумейкан створили за допомогою 3D-принтера більш анатомічно вірний штучний палець. Він складається з трьох фаланг, трьох сухожиль, а також декількох сполучних елементів, що імітують хрящові та інші тканини. Автори створили моделі цих елементів на основі даних про будову реальних пальців.

Одна з особливостей пальця полягає в тому, що він, хоча і складається з різних функціональних елементів з різними механічними властивостями, насправді являє собою єдину монолітну деталь. Домогтися цього дозволив 3D-принтер, здатний за один підхід друкувати відразу двома матеріалами. Кістки фаланг інженери надрукували твердим і жорстким пластиком, хрящі зробили з м'якого та еластичного полімеру, а інші елементи були надруковані сумішшю з певним співвідношенням двох матеріалів, що дозволяють домогтися максимально близьких до реальних тканин властивостей.

В результаті вони отримали палець, згинаний за допомогою полімерних аналогів сухожиль, що проходять через аналоги кільцевих зв'язок. Вони під'єднали до кінців сухожиль по одному актуатору, який може рухатися вниз або вгору, змінюючи натягнення сухожилля. Інженери також провели симуляцію і з'ясували, що поведінка реального пальця досить точно описується моделлю. Вони припустили, що розроблений ними метод в майбутньому дозволить створювати більш доступні, але при цьому і більш близькі за властивостями штучні пензлі для протезів або роботів.

Крім імітації будови рук розробники протезів також намагаються відтворити зобов'язання, що виступає одним з головних способів вивчення поверхонь предметів при побутовій взаємодії. Наприклад, швейцарські інженери створили палець з п'єзорезистивними датчиками, які вважає нерівності поверхні і посилає імпульси в серединний нерв руки.