耶鲁大学3D打印假肢套件:700美元成本替代7万美元,六种模块化手部设计实现任务定制
耶鲁大学的一名研究生,用3D打印技术为一位天生缺少右手的女生做了一套假肢。
一共六件。
成本只要几百美元。
而她之前最后一次配的假肢花了7万美元。
这位研究生叫亚历克西娅·奎因,在耶鲁的个性化医疗与应用工程硕士项目里,为26岁的吉莉安·阿切塔设计和制造了这套假肢。
阿切塔是昆尼皮亚克大学的一名行政助理,右臂从肘部以下缺失。
她们没有去做一个通用的多功能设备,而是打造了一套针对特定任务的附件套件。
每个附件都能卡扣在手臂的接受腔上,轻松取下。
因为是3D打印的,这些假肢几个小时就能做出来,而传统商业假肢通常要等六个月。
要修改的话,也差不多能那么快完成迭代。
所以呢,想改随时改。
两人最终确定了六种可互换的假肢,每种围绕一件日常任务来设计。
奎因从各种机械机构里找灵感,其中一款仿照了她自行车上的杯架设计。
你想想看,连自行车杯架都能用上。
一款带触手状抓手的版本被叫做「乌贼」,另一款模仿人手的被称为「教堂之手」,甚至还有可拆卸的涂色指甲。
因为没有电子元件,工程挑战全是机械方面的。
那怎么办呢?要让每个附件操作灵活、抓握可靠,还要保持低成本且好打印。
奎因说,她会先了解阿切塔想完成什么,然后测试不同的形状和结构。
这个项目的风险比普通课堂作业高。奎因坦言,自己很想让它成功,做出真正能帮到阿切塔的东西。虽然有时很紧张,但看到阿切塔戴上去用起来,感觉真的很好。
对阿切塔来说,差异立竿见影。
一次会议后,她戴上其中一个假肢,发现可以不用放下包就按下电梯按钮,还能在开车时操作仪表盘控制。
模块化本身和功能同样重要。
也就是说,她能快速戴上取下,不必像沉重的外部肢体那样整天佩戴。

那么,成本差距到底有多重要?
阿切塔之前的那只假肢花了7万美元,大部分由她家的保险支付。但她指出,不是每个人都有这样的选择。
那只假肢她15岁时佩戴,重约两磅,看起来像一件军事武器,而且只能完成微弱的捏取动作。
坦率的讲,它唯一能做的抓握就是捏,而且抓握力不强,很不实用。
其实就是,她根本没有动力使用它。
相比之下,奎因的打印套件只花了几百美元,还能按需重新打印或调整。
这同时打破了价格和交货周期两个障碍。传统假肢既贵又慢,还很难适应变化。
阿切塔决定定期使用,也有预防性考量。
一位医生警告,如果只靠一只手,会加速那只手的磨损,到30岁时可能显示出比实际年龄老几十年的劳损迹象。
她希望自己能够「装备齐全」,因为还有组建家庭的计划。

这个PMAE项目反映了一个更广泛的策略,说到底就是用增材制造来攻克成本、重量和等待时间这些障碍。
同样的逻辑也能在其他地方看到。
以色列理工学院的研究人员构建了一个低成本假手流水线。通过扫描患者完好的一只手,在CAD软件里适配,然后直接3D打印。
这种方法针对的是3000到10万美元的价格区间,让许多截肢者也能获得定制设备。他们甚至用一台约40美元组装的扫描仪来扫描。
还有非营利性社区e-NABLE,多年来一直向有需要的人免费分发可定制的手部设计。他们使用在线工具,让家庭成员输入几个测量值,就能获得一个可直接打印的模型。
在这些案例里,模式很一致,说到底3D打印把假肢从昂贵、缓慢、单一尺寸的硬件,变成了便宜、快速、个性化的设备。
耶鲁的这个项目,展示了这对一位佩戴者意味着什么。


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