Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Gehen Sie wieder in einem personalisierten Exoskelett-Roboter

Ekso-Exoskelettanzug mit weißen 3D-bedruckten Prats.

Sprechen Sie über einen Schritt in die Zukunft… Exoskeletal-Roboter, einst ein Bereich der Science-Fiction, helfen nun Menschen in Not, sich aus ihren Rollstühlen zu erheben. Eines Tages in nicht allzu ferner Zukunft können sie Rollstühle gemeinsam ersetzen. Stellen Sie sich vor, Sie könnten nach Monaten oder Jahren auf einem Stuhl groß stehen und wieder gehen. Es muss ein unglaubliches Gefühl sein, eine neue Art von Freiheit.

Diese Roboter-Exoskelette werden für die Menschen, die sie verwenden, zur neuen Muskulatur. Wie jedes Körper benötigt auch jedes Exoskelett seine eigene Ausrüstung und seine eigene Schnittstelle mit der von ihm unterstützten Person. Dieses Bedürfnis, das Exoskelett und die Person auf natürliche Weise miteinander zu verbinden, löste eine kürzliche Zusammenarbeit zwischen Ekso Bionics aus und 3D-Systeme.

Ekso Bionics, ein in Kalifornien ansässiges Unternehmen, ist seit 2005 ein Pionier bei der Entwicklung von Roboteranzügen für Exoskelette. Heute gehören ihre Exoskelette zu den zukunftsweisendsten Entwürfen der Welt für Menschen, die ihre Mobilität verbessern möchten. Nach und nach hilft Ekso Menschen dabei, die körperlichen Einschränkungen zu überdenken. Wir von 3D Systems wollten diese Mission noch weiter vorantreiben, indem wir 3D-gedruckte Teile erstellen, die die Verbindung zwischen Körper und Roboter von Ekso verbessern. Gemeinsam wollten wir den Exoskelett-Roboter persönlich machen.

Mensch und Maschine verbinden

3D-gedruckte Oberschenkelpartien des Ekso-Anzugs

„Beim ersten Anlegen von Ekso schnallte ich das Gerät an und stand auf. Das war ein entscheidender Moment “, sagt Amanda Boxtel in einem Video von Ekso Bionics. Amanda wurde vor über 20 Jahren auf einer schneebedeckten Skipiste in Colorado schwer verletzt und befindet sich seitdem im Rollstuhl - bis Ekso Bionics sie zum Testpilot für den Exoskelettanzug machte. Nach dem Treffen mit ihr bot Avi Reichental, CEO von 3D Systems, an, ihre Ekso mit 3D-gedruckten Komponenten umrüsten zu lassen, und das Projekt begann ernsthaft.

Das Ziel bestand darin, kundenspezifische Teile zu schaffen, die den Körper an bestimmten Stellen halten können, um ein Gleichgewicht und Unterstützung zu schaffen, während Bereiche vermieden werden, die anfällig für Blutergüsse sind. Gleichzeitig mussten die interstitiellen Teile die zum An- und Ausziehen erforderliche Zeit auf ein Minimum reduzieren. Die 3D-gedruckten Teile mussten auch stark genug sein, um den Körper in verschiedenen Zuständen zu halten, und flexibel genug bleiben, um Komfort zu bieten.

Um diese maßgeschneiderten Teile zu erstellen, scannten die Designer von 3D Systems, Scott Summit und Gustavo Fricke, Amanda zunächst von Kopf bis Fuß. Mit dem daraus resultierenden 3D-Modell erstellten sie personalisierte CAD-Modelle für Komponenten an bestimmten Stellen des Anzugs - Schienbein, Oberschenkel und Wirbelsäule. Durch das Scannen konnten sie eine gleichmäßige Druckverteilung um die Muskulatur der Beine erzeugen, die trotz des fehlenden Tastgefühls sehr empfindlich für ungleichmäßigen Druck ist. Summit und Fricke modellierten die Wirbelsäulenstütze auch als digitalen Mittelwert zwischen stehenden und sitzenden Scans, sodass sie sich unabhängig von der Position genau und bequem an den Oberkörper anpassen konnte.

3D-gedruckte Rückenstütze

Ästhetik war auch ein wichtiger Aspekt. In dieser Hinsicht versuchte das Designteam, den Körper von Amanda visuell mit dem Anzug von Ekso zu verbinden. Sie sehen, dass die Teile einige schöne Designelemente wie glatte Kurven, komplexe Muster und muskelartige Stränge enthalten. Darüber hinaus ermöglicht das filigrane Muster der Haut die Luftzirkulation, was die Ansammlung von Schweiß verringert, die Reibung und das Infektionsrisiko verringert. Fricke und Summit haben sogar Griffe innerhalb der 3D-gedruckten Formulare entworfen, die verkleidet wurden, um die mit dem visuellen Griff verbundenen Konnotationen zu verringern.

Nachdem CAD-Modelle für jede Komponente erstellt worden waren, druckte das Designteam über Nacht Prototypen, um die Passform und Funktion zu testen und notwendige Änderungen vorzunehmen. Sie können zwar den ganzen Tag digital gestalten, aber das Testen von Designs in der realen Welt ist von unschätzbarem Wert. Nach Abschluss dieses iterativen Designprozesses wurden die fertigen Teile mit der 3D Systems Selective Laser Sintering-Technologie, die speziell für die Herstellung von leichten und robusten Teilen ausgewählt wurde, mit 3D-Druck gedruckt.

Das Team ersetzte die Klettbänder, die Amanda im Ekso-Anzug zuvor unterstützten, durch diese neuen 3D-gedruckten Elemente. Wie Sie auf den Bildern sehen können, sind die Designs ziemlich umwerfend und sie sahen sogar noch besser aus, als Amanda im November 2013 das Hybrid-Exoskelett debütierte, als sie auf einer Bühne in Budapest stand und spazieren ging.

Vorwärts bewegen

Amanda geht groß in Budapest

"Dieses Projekt repräsentiert den Triumph der menschlichen Kreativität und Technologie", sagte Amanda. „Ich bin zutiefst dankbar und begeistert.“ Wir erwarten, dass dieser Triumph und viele davon in der Zukunft folgen werden. Dieses Projekt zeigt, dass wir mit dem Einsatz von 3D-Scan-, Design- und 3D-Druckwerkzeugen das Unmögliche möglich machen.

Mit Handscanner wie dem Sense-Scanner und einem Prozess, der ein anpassbares, aber auf Vorlagen basierendes Design für die Massenfertigung beinhaltet, können Projekte wie diese im großen Maßstab realisierbar werden. Der 3D-Druck bringt dies auf den Tisch: Die Fähigkeit, zu lokalisieren und an die Massen anzupassen. Bei der personalisierten Medizin, wie bei diesem Anzug von Ekso, bedeutet diese Kombination eine bessere, personalisierte Patientenversorgung und eine höhere Lebensqualität auf der ganzen Welt.

Dieses Projekt sagt uns, dass noch mehr gute Dinge kommen. Amandas Anzug ist nur der Anfang.

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