Шаг к полноценной жизни: в МАИ разрабатывают инновационный способ создания умных вкладышей для протезов и ортезов

Фото: Пресс-служба МАИ / Личный архив

В Передовой инженерной школе (ПИШ) Московского авиационного института ведут разработку не имеющей аналогов технологии создания вкладышей в ортезы и протезы для нижних конечностей. Цель – повысить качество жизни людей с ограниченными возможностями. Благодаря вкладышу, обладающему адаптивной жёсткостью, нагрузка при ходьбе будет распределяться более равномерно, а значит, снизятся дискомфорт, давление и боль. Таким образом, человек сможет дольше находиться на ногах – стоять, ходить и бегать.

Проект реализуется на базе стартап-студии ПИШ МАИ. В нём участвуют студенты институтов № 11 «Материаловедение и технологии материалов», № 9 «Общеинженерная подготовка» и № 5 «Экономика и менеджмент высокотехнологичной индустрии». Руководит коллективом ведущий инженер Центра «Авионика» МАИ, кандидат технических наук Глеб Боярский.

– Сегодня в случае индивидуальной подгонки ортеза или протеза значительную часть работы занимает ручной труд, что сказывается на сроке изготовления и стоимости изделия. Для большего удобства в протез вкладывают тонкий слой материала, похожего на поролон, толщиной до 1,5 мм. Но такой вкладыш не обеспечивает равномерного распределения нагрузки при передвижении, – рассказал участник проекта Артём Смирнов.

Новый метод проектирования и изготовления вкладышей позволит оперативно создавать недорогие и удобные изделия для массового использования.

Процесс создания маёвского индивидуального вкладыша начинается со сканирования конечности при помощи камеры смартфона. Затем по снимкам специальная программа строит трёхмерную модель. На основе модели и рентгеновских снимков при помощи математического моделирования составляется карта жёсткости тканей. Далее проектируется геометрия вкладыша с требуемым полем жёсткости. Само изделие печатается на 3D-принтере. 

– Для изготовления вкладыша мы используем методы топологической оптимизации, что позволяет создавать изделие с разной  жёсткостью в разных местах. За счёт специальной формы конструкции изделие получается более комфортным по сравнению с существующими решениями, – отметил руководитель проекта Глеб Боярский.

Для получения нетоксичного и биосовместимого изделия используется двухкомпонентный силикон с платиновым катализатором. На данный момент создан опытный образец, который подтвердил эффективность методики проектирования. Для дальнейшего улучшения качества изделия разработчики планируют использовать новый тип 3D-принтера – RLP (Rigid Liquid Printing), который позволяет создавать цельные конструкции с минимальной постобработкой. 

– Во время печати изготавливаемый объект находится в ёмкости со специальным гелем, плотность и вязкость которого не позволяют ему менять своё положение. При этом печать производится жидкими материалами, которые позже твердеют. У такой технологии много преимуществ: меньшая часть материала уходит в утиль, появляется возможность проектировать более сложные формы. Также увеличивается технологичность производства: сложные объекты могут быть напечатаны за один цикл, – уточнил Глеб Боярский.

Интерес к проекту уже проявил Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии имени Н. Н. Приорова (ЦИТО). Разработчики отмечают, что потенциально данная технология применима для изготовления не только вкладышей в протезы и ортезы, но и ортопедических стелек, элементов автомобильных сидений, вибродемпферов и других изделий, форма и жёсткость которых подстраиваются под конкретного человека или задачу.