CHLB ĐỨC – Viện Fraunhofer về máy công cụ và công nghệ tạo hình IWU (Fraunhofer Institute for machine tools and forming technology) tại thành phố Chemnitz (thuộc bang Saxony), đã sử dụng hợp kim nhớ hình (1), động cơ bước (2) và công nghệ in 3D tiên tiến, để thiết kế khung xương trợ lực riêng lẻ nhằm giúp bệnh nhân không phân biệt độ tuổi và giới tính trở lại cuộc sống hàng ngày.
(1) Hợp kim nhớ hình (SMA – shape memory alloy): là vật liệu có khả năng khôi phục lại hình dạng ban đầu khi chịu tác động của nhiệt độ hoặc từ trường.
(2) Động cơ bước (step motor): là một loại động cơ điện đặc biệt có khả năng quay theo từng bước rời rạc với góc quay được xác định trước. Nó biến đổi các tín hiệu điều khiển dưới dạng xung điện thành các chuyển động góc quay chính xác.

Khả năng vận động của bàn tay có thể bị suy giảm, đặc biệt là sau các tai nạn gây tổn thương gân hoặc do đột quỵ. Khung xương trợ lực, được lắp đặt trên bàn tay như một bộ xương thứ hai và có thể cử động cổ tay, ngón tay một cách chính xác, ngày càng được sử dụng như một công cụ hỗ trợ trị liệu. Tuy nhiên, chỉ các sản phẩm được thiết kế riêng cho bàn tay của bệnh nhân và đáp ứng các yêu cầu quan trọng như trọng lượng nhẹ và kích thước nhỏ gọn, là nền tảng tốt cho liệu pháp thành công. Ngược lại, nếu một dụng cụ hỗ trợ vận động lại gây cản trở cho bệnh nhân, thì thường sẽ không được sử dụng.

Cơ sở phát triển: mô hình CAD và in 3D
Viện Fraunhofer IWU đã dựa vào các hợp kim nhớ hình tiên tiến, động cơ bước và công nghệ in 3D để tạo ra các khung xương trợ lực vừa vặn, chính xác và hỗ trợ một cách nhẹ nhàng. Ý tưởng: bộ khung xương trợ lực trước tiên cần được điều chỉnh hoàn hảo với cấu trúc giải phẫu học của bàn tay. Mỗi người có kích thước và tỷ lệ bàn tay khác nhau. Ngoài ra, có sự khác biệt giữa tay trái và tay phải của cùng một người. Việc sản xuất khung xương trợ lực bằng công nghệ in 3D sử dụng quy trình thiêu kết laser chọn lọc (SLS – selective laser sintering) sẽ mang lại sự tự do hình học không giới hạn. Trong quy trình này, các hình dạng ba chiều được tạo thành từng lớp từ bột nhựa. Theo viện Fraunhofer IWU, quy trình sản xuất đặc biệt hiệu quả nếu dựa trên mô hình CAD tham số. Lý tưởng nhất là bàn tay của bệnh nhân được quét 3D kỹ thuật số để các thông số giữa các bộ phận riêng lẻ của bàn tay được thể hiện cùng với hình dạng hình học của bàn tay. Điều này không chỉ tạo ra một “khuôn âm bản” chính xác của bàn tay trong quá trình in, mà còn giúp dễ dàng thực hiện bất kỳ điều chỉnh cần thiết nào cho các sản phẩm chế tạo mới tiếp theo bằng cách sử dụng mô hình CAD làm cơ sở.

Bộ truyền động nhỏ gọn và chính xác
Không chỉ cấu trúc giải phẫu học của mỗi bàn tay là duy nhất, mà sức mạnh của bàn tay cũng khác nhau. Đối với tất cả các bệnh nhân, việc cá nhân hóa lực và hành trình của khung xương trợ lực cho bàn tay là cần thiết. Đồng thời, trọng lượng của dụng cụ hỗ trợ càng lớn sẽ càng gây áp lực cho bàn tay. Do đó, ngoài sự vừa vặn của vỏ dụng cụ, bộ truyền động cũng quan trọng. Bà Alina Carabello, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại viện Fraunhofer IWU và trợ lý nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Chemnitz (Chemnitz University of Technology), dựa vào sự kết hợp giữa động cơ bước hai chiều và dây truyền động được thiết kế dưới dạng hợp kim ghi nhớ hình dạng. Ý tưởng này chỉ dựa trên hai dây gân nhân tạo, được động cơ bước điều khiển chính xác để thực hiện chuyển động gấp hoặc duỗi của bàn tay và các ngón tay. Nhiều vị trí khác nhau có thể được duy trì và điều chỉnh lại khi cần thiết. Ví dụ, cần điều chỉnh lại lực nắm khi cầm chai nước khoáng bằng nhựa, vì khi mở nắp và nắm quá mạnh chai nhựa sẽ bị biến dạng và khí carbon dioxide thoát ra ngoài.

Hiện tượng phản ứng ổn định giúp đảm bảo các bước chuyển động nhẹ nhàng
Cách thức hệ thống truyền động: truyền động bước dựa vào các bộ phận bánh răng, cần gạt, chốt và dây gân nhân tạo – dây hợp kim nhớ hình (SMA). Khi dây SMA được làm nóng, nó sẽ co lại và làm lệch cần gạt theo một góc đã được xác định. Điều này làm cho bánh răng bị kéo, tức là di chuyển theo hướng mong muốn; dây gân duỗi hoặc dây gân gấp được quấn vào hoặc tháo ra khỏi ống cuộn. Chuyển động của dây gân nhân tạo này làm cho ngón tay co hoặc duỗi ra. Trong truyền động bước của bà Carabello, hợp kim nhớ hình (SMA) hoạt động như bộ truyền động: khả năng thay đổi hình dạng của chúng điều khiển chuyển động của bánh răng. Nếu dây SMA được làm nóng bằng dòng điện từ vi điều khiển, nó sẽ ngắn lại; khi nguội, nó sẽ giãn ra do lực căng ngược, như lò xo hoặc một dây SMA khác. Cơ chế này điều khiển các chi nhân tạo của khung xương trợ lực. Nhìn chung, có thể đạt được chuyển động chính xác và lặp lại; phản ứng ổn định của dây SMA giúp đảm bảo các bước chuyển động nhẹ nhàng.

Khung xương trợ lực cá nhân hóa cho mục đích điều trị
Viện Fraunhofer IWU nhận thấy nhu cầu cá nhân hóa trong nhiều công nghệ hỗ trợ y tế, phản ánh nhu cầu của khách hàng và cung cấp hỗ trợ có mục tiêu cho nhân viên điều trị. Nhiều công cụ hỗ trợ dựa trên các thông số kỹ thuật tiêu chuẩn và ít được điều chỉnh theo độ tuổi, giới tính, chiều cao, cân nặng hoặc hạn chế của bệnh nhân, hoặc có thể được điều chỉnh hoàn toàn. Với khung xương trợ lực dành cho bàn tay, viện Fraunhofer IWU chủ yếu hướng đến các chấn thương gân sau tai nạn. Ví dụ, sau đột quỵ hoặc bị liệt bẩm sinh, điều quan trọng là có thể cử động bàn tay trong quá trình phục hồi – các bài tập với tần suất gần nhau hơn sẽ hữu ích hơn. Khung xương trợ lực được phát triển tại viện Fraunhofer IWU nhằm mục đích hỗ trợ giảm bớt gánh nặng cho bệnh nhân và người chăm sóc, vì sự hiện diện liên tục của người chăm sóc không còn là điều cần thiết.

Để xem các tin bài khác về “Khung xương trợ lực”, vui lòng nhấn vào đây.

 

Nguồn: Hannover Messe

Lưu ý: 

Để xem và khai thác hiệu quả nội dung của video clip nói trên (từ YouTube/ một dịch vụ của Google), Quý vị có thể thực hiện các bước sau:
1. Nếu tốc độ internet nhanh, có thể mở chế độ xem toàn màn hình bằng cách nhấn vào khung [ ] tại góc phải (phía dưới góc phải của video)
2. Chọn chế độ hình ảnh tốt nhất của đoạn video, hãy click vào hình bánh xe răng cưa và chọn chất lượng cao hơn (hoặc HD) theo ý muốn
3. Để hiển thị nội dung phụ đề, nhấn vào nút biểu tượng phụ đề [cc]. Một số video không có chức năng này sẽ không có biểu tượng phụ đề.
4. Quý vị có thể nghe hiểu tiếng Anh và có nhu cầu chia sẻ thông tin đến cộng đồng, hãy hỗ trợ techMAG biên dịch nội dung video và gửi cho chúng tôi để có cơ hội đăng thông tin lên technologyMag.net