UPC 研究團(tuán)隊使用3D打印設(shè)計可定制的經(jīng)橈動脈假體，幫助改善殘疾人生活質(zhì)量

2022年10月4日，南極熊獲悉，來自UPC巴塞羅那工業(yè)工程學(xué)院（ETSEIB）的Arm2u生物醫(yī)學(xué)工程團(tuán)隊，利用3D打印技術(shù)設(shè)計并制造了一個可定制的經(jīng)橈骨假體，可對用戶的神經(jīng)沖動做出響應(yīng)。

來自加泰羅尼亞理工大學(xué)（UPC）巴塞羅那工業(yè)工程學(xué)院（ETSEIB）的15名本科生和碩士生有著一個共同的目標(biāo)：利用輔助技術(shù)改善殘疾人的生活質(zhì)量。有關(guān)該項目的具體研究內(nèi)容是年輕的生物醫(yī)學(xué)工程團(tuán)隊Arm2u正在開發(fā)一種經(jīng)橈骨的假體，它可以替代肘部以下缺失的手臂，具有肌電控制功能，即由肌肉收縮產(chǎn)生的自然電信號控制。

△3D 打印的經(jīng)橈動脈肌電假體的細(xì)節(jié)

在去年創(chuàng)造了第一個假體之后，Arm2u團(tuán)隊又向前邁進(jìn)了一步，創(chuàng)造了第二個原型，一個功能齊全的機(jī)器人手臂，能夠?qū)崿F(xiàn)手的前傾（前臂旋轉(zhuǎn)）和打開/關(guān)閉動作。它以EMG傳感器為基礎(chǔ)，收集病人肌肉收縮的指令，并將這些電脈沖轉(zhuǎn)化為微控制器可以理解和使用的信號。

這套假體是用PLA塑料3D打印的，因此可以低成本生產(chǎn)，團(tuán)隊負(fù)責(zé)人之一Lluís Bonet Ortuño解釋道："在開發(fā)假體時，我們的主要目標(biāo)之一是用可負(fù)擔(dān)得起的技術(shù)制作一個原型，這樣它就可以在沒有高成本的情況下不斷生產(chǎn)和修改。利用3D打印技術(shù)，我們以比市場上類似假體低得多的成本創(chuàng)造了一個假體。"

原型部件

原型完全由Arm2u團(tuán)隊設(shè)計，包括四個基本部件，它們以協(xié)調(diào)的方式工作，以實現(xiàn)移動性：

• 插座，它將設(shè)備牢牢地固定在肢體上；
• prono，它存儲了大部分電子元件，并容納了假體的控制和狀態(tài)信息元素；
• 抓手，一個鉗形元件，用于操縱物體；
• 最后是電子部分，它使用ArduinoUno微控制器連接傳感器、電機(jī)和其他元素，用于控制設(shè)備并向用戶報告其狀態(tài)。
  

第二個模型有幾項改進(jìn)，如一個集成的LCD屏幕，它連續(xù)報告假體的狀態(tài)，提供關(guān)于電池壽命、指尖力度、內(nèi)部溫度等信息。

此外，新的設(shè)計具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，可以根據(jù)用戶的手臂大小進(jìn)行調(diào)整，而且與以前的型號相比，總重量有所減少，這使它更加舒適。

△調(diào)整機(jī)械臂

團(tuán)隊合作

Arm2u是一個2018年在巴塞羅那創(chuàng)建的大學(xué)團(tuán)隊，總部設(shè)在ETSEIB。它是一個由ETSEIB的工業(yè)技術(shù)工程學(xué)士學(xué)位、工業(yè)工程碩士學(xué)位和自動控制與機(jī)器人碩士學(xué)位的學(xué)生組成的多學(xué)科小組，對應(yīng)用于生物技術(shù)的機(jī)械學(xué)和電子學(xué)擁有極高的興趣。

△Arm2u團(tuán)隊，由巴塞羅那工業(yè)工程學(xué)院 (ETSEIB) 的學(xué)生組成

為了推動假肢行業(yè)的發(fā)展，該團(tuán)隊被組織成三個領(lǐng)域：機(jī)械部門，負(fù)責(zé)開發(fā)概念性的CAD模型（包括動力學(xué)和靜態(tài)模擬）選擇材料和研究制造系統(tǒng)；電子部門，負(fù)責(zé)控制假肢中的多個執(zhí)行器和獲取肌電信號；以及管理部門，負(fù)責(zé)制定商業(yè)和財務(wù)計劃，管理資源和預(yù)算，內(nèi)部管理，溝通和其他。

據(jù)同樣是團(tuán)隊負(fù)責(zé)人的Aleix Ricou表示："團(tuán)隊的目標(biāo)是開發(fā)新的假肢，以幫助人們的日常生活，并繼續(xù)進(jìn)行生物醫(yī)學(xué)工程的研究。我們希望成為所有想了解這一領(lǐng)域的學(xué)生的一個領(lǐng)先的大學(xué)團(tuán)隊，我們愿意與任何與我們有同樣關(guān)注的人合作"。

FME工程專業(yè)的學(xué)生——Arm2u的策劃人

策劃人是這項設(shè)計和開發(fā)假肢項目的一個關(guān)鍵角色，是為其定制原型并在真實環(huán)境中測試其功能的人。在Arm2u團(tuán)隊設(shè)計的機(jī)械臂的案例中，策劃者是Kyle Briggs，他是UPC數(shù)學(xué)和統(tǒng)計學(xué)院（FME）統(tǒng)計和運(yùn)營研究專業(yè)的一名美國學(xué)生。

△研究假肢的團(tuán)隊成員

Kyle一生中曾使用過幾個假肢來進(jìn)行騎自行車或工作等活動，他承認(rèn)他很喜歡佩戴ETSEIB團(tuán)隊開發(fā)的假肢。5月18日，在瑞士蘇黎世舉行的Cybathlon挑戰(zhàn)賽上，這位學(xué)生用Arm2u假肢進(jìn)行了"比賽"。在這個比賽中，身體殘疾的人通過處理日常任務(wù)來測試由世界各地的大學(xué)和公司的研究團(tuán)隊開發(fā)的假肢，如處理和運(yùn)輸物體，并將它們放置在有不同槽位的立方體中的特定位置。

現(xiàn)在，該團(tuán)隊正期待著2024年的Cybathlon，這是主要的活動，由六個測試組成。參加這種類型的體驗是非常積極的，因為它加強(qiáng)了團(tuán)隊成員之間的聯(lián)系。正如學(xué)生們所解釋的那樣："開展一個工程項目并在其他專業(yè)人士面前進(jìn)行國際展示是一種有益的經(jīng)歷，它使我們感到自豪，并讓我們有機(jī)會親身體驗我們在未來的職業(yè)生涯中可能遇到的那種情況。作為一個團(tuán)隊追求一個共同的目標(biāo)，使我們能夠共同面對這一挑戰(zhàn)，互相給予力量和支持，并使我們的技能得到補(bǔ)充，以完成團(tuán)隊的任務(wù)"。

△Arm2u團(tuán)隊策劃者Kyle Briggs 在5月瑞士Cybathlon 挑戰(zhàn)賽的一項測試中使用假肢