YouBionic tworzy protezę dłoni wydrukowaną w 3D

Z Iron Manem, włoskim projektantem technologii Federico Ciccarese trzyma białą plastikową rękę uzbrojoną w wielobarwne przewody przymocowane do elektronicznej tablicy rozdzielczej. Zaraz rozpocznie demonstrację swojego urządzenia Ręka YouBionic. W oknie za nim zachodzi słońce – w Mediolanie jest wieczór – a po jego lewej stronie plakat naturalnej wielkości przedstawiający Tony'ego Starka w całkowicie metalowym stroju.

„To mój asystent” – żartuje Ciccarese. „A także mój bohater i inspiracja, ponieważ troszczył się o ludzkość”.

Odwraca rękę, a jej białe, kredowe palce zaciskają się w pięść. Następnie rozluźniają się i dłoń jest ponownie otwarta. Na koniec palec wskazujący i kciuk tworzą okrąg, jakby trzymały mały, delikatny przedmiot.

Uważamy te ruchy za oczywiste; wszyscy robimy to tysiąc razy dziennie, bez zastanowienia. Ale dla osób, które straciły dłonie lub palce, te proste czynności są nieosiągalne. Chwycenie klamki jest niemożliwe, nie mówiąc już o trzymaniu długopisu czy liczeniu reszty. Ciccarese postanowił rozwiązać ten problem. Jego dłoń YouBionic może wyglądać jak science fiction, ale mechanizm jest zaskakująco prosty – mówi.

Kiedy chcemy owinąć palcami szklankę lub podnieść kartkę papieru, nasz mózg wysyła sygnały do ​​naszych mięśni. Sygnały te przemieszczają się przez nasz centralny układ nerwowy do mięśni w postaci impulsów elektrycznych. W organizmie zdrowego człowieka sygnały te powodują odpowiednie skurcze mięśni, takie jak poruszanie się i zginanie palców. W ciele osoby po amputacji mózg nadal generuje sygnały, ale nie docierają one do celu, ponieważ nie ma tam części ciała. Jeśli jednak przymocujesz elektrody do mięśnia pozostałej części ramienia osoby po amputacji, możesz odczytać impulsy i przełożyć je na ruchy ręki – choć plastikowej.

Impulsy elektryczne różnią się siłą, co przekłada się na skurcze o różnej skali i ruchy o różnym zasięgu: niższe impulsy skutkują mniejszymi ruchami, wyższe impulsy większymi te.

Ta konwersja jest całkiem prosta, mówi Ciccarese, dzięki Arduino, rodzajowi mikrokontrolera, który pozwala na tworzenie urządzeń robotycznych, które wchodzi w interakcję ze światem za pomocą czujników, które wysysają informacje (w tym przypadku za pośrednictwem elektrod) i siłowników – małych silników, które wytwarzają części mechaniczne przenosić. „We wszystkich mięśniach naszego ciała jest prąd” – mówi Ciccarese. „Kiedy mózg wysyła impuls do mięśnia, czujnik odczytuje go i przekłada na liczbę proporcjonalną do skurczu, a następnie wysyła tę wiadomość do mikrokontrolera”.

Do odczytania impulsów elektrycznych jednego mięśnia potrzebne są trzy elektrody. Aby ręka YouBionic działała, Ciccarese umieszcza czerwoną elektrodę w środku mięśnia, niebieską na końcu, a czarną w kierunku kości w pobliżu mięśnia. W przyszłości, aby usprawnić ruchy, planuje zastosować elektrody na wielu mięśniach.

Ale to tylko część atrakcyjności ręki YouBionic. Drugą sprawą jest prostota wykonania. Jego plastikowe części są drukowane w 3D z nylonowego pyłu. W procesie tzw spiekanielaserowa drukarka 3D podgrzewa kurz i formuje z niego wymagane części z tworzywa sztucznego. „W tej chwili wysyłam rysunek do firmy, która go drukuje” – mówi Ciccarese, ale w przyszłości będzie można to zrobić w domu. Z nieco inną technologią 3D, taką jak Modelowanie osadzania topionego która buduje części poprzez nakładanie warstw plastiku, klienci YouBionic będą mogli samodzielnie wydrukować swoje elementy dłoni w 3D, łatwo i tanio. Arduino, które działa na sprzęcie typu open source, jest również niedrogie, więc Ciccarese oczekuje, że ręce YouBionic będą bardzo przystępne.

Wyobraża sobie, że osoby po amputacji będą mogły aktualizować sprzęt i oprogramowanie swoich kończyn w taki sam sposób, w jaki aktualizujemy nasze smartfony. Jeśli dostępna jest aktualizacja oprogramowania Arduino, która sprawia, że ​​zaciskasz palec szybciej, po prostu pobierz kod. Jeśli istnieje ulepszenie kciuka, które zapewnia lepszy chwyt pióra, wydrukuj w 3D nową część kciuka i wyrzuć przestarzałą.

„W przyszłości ludzie będą mogli aktualizować swoją bioniczną rękę, pobierając i drukując najnowszy model 3D” – mówi. W tej chwili dłoń jest cała plastikowa, z wyjątkiem drutów, ale planuje dodać do niej gumowe kropki, aby poprawić działanie ściskające.

Ciccarese twierdzi, że jego technologię można dostosować także do potrzeb osób po amputacji stóp. Ale idzie też o krok dalej. Wyobraża sobie, że nawet zdrowi ludzie mogą w niektórych sytuacjach przydać się trzeciej ręce. Dlaczego nie dać dodatkowej ręki – robotycznej, niezniszczalnej kończyny, która nie odczuwa bólu – strażakowi lub komuś innemu pracującemu w ekstremalnych warunkach? Astronauci naprawiający powierzchnie swoich statków mogą również potrzebować rąk do pracy poza kombinezonami.

„Zacząłem to urządzenie jako protezę, ale może mieć wiele zastosowań” – mówi Ciccarese. „Mam nadzieję, że będę mógł zrobić coś dla ludzkości jak Iron Man”.

Ciccarese, za dnia projektant łodzi, a nocą miłośnik robotów, zaczął eksperymentować z bioniczną ręką około rok temu. "Mam 33 lata. Projektowanie łodzi jest dobre, czemu nie, ale chciałem zrobić coś ważnego dla ludzkości” – mówi, dodając, że planuje pozwolić osobom po amputacjach przetestować YouBionic w 2015 roku.

„Na Twitterze rozmawiałam z ojcem 5-latka, któremu brakuje pięciu palców. Czeka, aż to skończę, aby jego syn mógł tego spróbować”.

Zalecenia redaktorów

• Ta drukarka 3D jest przeceniona o ponad 50% w ramach rocznicowej wyprzedaży Monoprice
• Potrzebujesz kostiumu na Halloween w ostatniej chwili? Sprawdź te stroje do wydrukowania w 3D
• Przyszłość tworzenia rzeczy: wewnątrz ewolucji druku 3D z Formlabs
• Pomysł na prezent na Dzień Ojca: te tanie drukarki 3D są w sprzedaży za mniej niż 300 dolarów
• 50-letnie laboratorium w Dolinie Krzemowej, które praktycznie wynalazło nowoczesną informatykę