Углеродные нити повысят безопасность и долговечность протезов

Ученые Пермского Политеха разработали технологию внедрения в конструкцию гильзы протеза углеродных нитей, что позволяет на 40 процентов усилить конструкцию

Ключевая деталь протеза — культеприемная гильза, которая принимает на себя всю нагрузку при движении. С помощью 3D-печати ее изготавливают по индивидуальным параметрам тела, но из-за анатомических особенностей давление в ней распределяется неравномерно, что со временем может приводить к повреждениям и угрозе здоровью. Ученые ПНИПУ разработали метод «интеллектуального армирования», основанный на локальном внедрении углеродных нитей в наиболее нагруженные зоны гильзы.

Михаил Ташкинов, зав. научно-исследовательской лабораторией «Механика биосовместимых материалов и устройств» ПНИПУ, канд. физ.-мат. наук:
Наш подход позволяет гибко настраивать ключевые параметры усиления: количество углеродных нитей, шаг между ними и глубину залегания. Это обеспечивает оптимальное перераспределение нагрузки, когда углеродные волокна берут на себя основное механическое напряжение, предотвращая разрушение полимерного материала гильзы.

По сути, технология создает для гильзы индивидуальный «цифровой скелет». Для этого на основе 3D-скана культи строится виртуальная модель и осуществляется расчет распределения давления при ходьбе. Таким образом находятся «горячие точки» — участки максимальной нагрузки, где риск разрушения самый высокий. Затем в эти зоны цифровой модели встраивается каркас из тонких углепластиковых стержней. Расчеты показывают, что такая конфигурация снижает опасную нагрузку на пластик более чем на 40%, что делает гильзу чрезвычайно устойчивой к разрушению при использовании.

Исследование опубликовано в журнале «Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics». Разработка уже прошла этап комплексного компьютерного моделирования и представляет собой готовую методологию для внедрения в производство.

Pstu.ru.
Фото: ASphotofamily, Freepik.