Проекты

Проектирование и разработка бионического протеза ноги

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «IT в медицине, биомедицинские технологии, медицинское приборостроение, бионика» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Биоинженерия
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1770
Предметы: Физика, Биология, Информатика, Технология
Классы: 10 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Инвалидность как социальное явление является актуальной проблемой современности и обуславливает появление такой категории населения, как инвалиды – люди с ограниченными возможностями здоровья. Ограничение жизнедеятельности выражается в полной или частичной утрате человеком способности или возможности нормально функционировать. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, более миллиарда человек, или около 15 % населения мира, живёт с какой-либо формой инвалидности; из них почти 200 миллионов испытывают серьезные трудности в функционировании, причём больше половины из них – это люди с ампутированными конечностями. По данным статистики, наиболее часто люди теряют ноги.

Изобретения в области протезирования долгое время имели лишь механический характер. Главные недостатки механических протезов: низкая функциональность, отсутствие какой-либо связи с организмом, негибкость и недолговечность. C появлением такого направления, как «биомехатроника», стала возможной разработка искусственных конечностей (бионических протезов), которыми можно будет управлять лишь силой мысли, а их функциональность будет соответствовать функциональности заменяемой конечности человека с максимальной точностью. Бионические протезы нижних конечностей – это современные многофункциональные модели, которые можно программировать для естественной ходьбы и других движений. Однако стоимость бионических протезов, разрабатываемых в основном зарубежными компаниями, является запредельно высокой для отечественного потребителя.

Цель

Проектирование и разработка бионических протезов нижних конечностей.

Задачи

  1. Изучить теоретические основы функционирования нижних конечностей.
  2. Сформулировать идею и общую концепцию проекта.
  3. Разработать модель бионического протеза в программной среде Fusion 360.
  4. Определить принцип передачи и обработки сигналов для управления бионическим протезом ноги.
  5. Разработать прототип бионического протеза ноги.

Описание

Авторы сформулировали общую идею проекта и изучили предметную область биопротезирования. Был разработан первый прототип с помощью 3D-принтера. Разработаны функциональные возможности протеза и изучены основы моделирования и проектирования в программе Компас-3D; изучены основы программирования платы Arduino, подключены сервоприводы к плате.

Определены и описаны функции проектируемого протеза, построены схемы работы и программирование Arduino, напечатаны разработанные части протеза. В итоге был собран протез и протестировано его программное обеспечение.

Результаты работы/выводы

В качестве основных практических результатов проекта представлены:

•  3D-модели составных частей бионического протеза ноги;

•  финальная сборка бионического протеза ноги;

•  готовый продукт для тестирования.

Изготовлен первый прототип протеза, разработана ступня, механизм её движений и адаптации под поверхность.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

ПензГТУ, ЦМИТ «ПРОГРЕСС», г. Пенза.

Награды/достижения

Хакатон «Технологии возможностей» − призер.

Мнение автора

«Это возможность «добить» проект при участии более квалифицированных товарищей и экспертов. Одна из задач, которую мы решили, была подсказана менторами. В частности, протез был снабжён сервоприводами, что позволило сделать носок более подвижным и тем самым существенно повысить устойчивость владельца при эксплуатации».