学生用3D打印机帮助海龟重拾游泳之梦

来自马萨诸塞州伍斯特理工学院(WPI)的一组学生研究人员撰写了一篇题为“为绿海龟设计浮力补偿装置和假肢鳍状肢”的论文,讲述了他们如何使用3D打印机,来帮助绿海龟重新找回游泳的梦想。

学生用3D打印机帮助海龟重拾游泳之梦

绿海龟是一种濒临灭绝的物种,对绿海龟影响最大的是渔捞活动,大型拖网业,在网底层加上铅条航行,除了人类爱吃的高经济价值渔种一网打尽之外,连栖息海底的虾蟹、海中洄游的绿海龟都无一幸免。渔业活动混获的情形,已经大量过度浪费海洋资源,许多生物死于非命。

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居住在佛罗里达州基韦斯特水族馆的洛基被一艘船击中,导致他失去了右前鳍和受到脊椎损伤,这反过来又导致了他的后壳右侧的浮力受到障碍。使他难以正常呼吸,潜水食物,并直线游泳。

为了继续过正常的生活,他需要一个新的浮力补偿装置和一个假肢鳍状肢,WPI的研究人员决定帮助它。

该论文的摘要是:“这个项目的目的是开发一种漂浮设备,以抵消洛基的浮力障碍,以及一个模仿他的健康鳍状肢的假肢鳍状肢。 使用3D打印机和模制工艺制造鳍状肢。 根据之前项目的计算结果,开发出一种能够像健康鳍一样有效工作的鳍状肢。 附件机制由项目团队设计,将与佛罗里达州奥兰多的Hanger Prosthetics合作开发。 该团队还创建了一个通用的过程,在教学小册子和视频中展示,可用于协助为其他海龟制作假肢。”

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除了创建浮力补偿装置和假肢鳍状肢外,该团队还希望确保其他人可以从未来的工作中受益。 因此,他们还开发了一个通用的过程,通过拍摄他们工作的照片和视频来创建假肢鳍状肢,然后记录他们创建鳍状肢所采取的步骤。

研究人员了解了龟的陆地和水生运动形式背后的运动学,以便创造出最好的假肢鳍状肢。 海龟的鳍状肢由密集的结缔组织构成,仅占动物体重的6%以下,但它们对于帮助海龟保持活力是必要的。

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“在游泳龟的水上运动中,已知有四件事情是真的,”该团队写道。 首先是游泳速度随着中风率的增加而增加。 其次,每个冲程产生的冲程幅度和力是成正比的。 第三,在中风的上下两个阶段中,乌龟仍在前方产生向前推力。 最后,在下行程循环结束时达到行程的最大推力。

由于水族馆无法为研究人员提供洛基残肢的CT扫描,这使得难以制造将假肢附着在龟身上的碎片。 因此,该团队使用以前的CAD设计,来制作一只较小的海龟来设计一个改进的原型鳍状肢,然后将其分成两部分进行3D打印,胶合在一起,并用于制作最终修复体的模具。

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在这个项目中,团队发现,可以根据任何水族馆工作人员收集的数据建造假肢鳍状肢;研究人员写道,假肢的质量远低于使用工业级设备(如MRI机器和3D打印机)制造的质量。

研究人员与水族馆合作,为洛基的浮力补偿装置进行头脑风暴设计。 最终的设计是对团队第三个想法的修改,即将一条加重的,可调节的带子连接到海龟的外壳上,并在外壳的右后侧加重重量。

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该设计由经FDA批准的氯丁橡胶材料制成,可有效抵御盐水,并含有口袋,因此最多可以分散和交换最大3.5磅的重量,具体取决于当时的气体位置。

“当试图为设备找到合适的重量,以及找到一种方法将织物缝合在一起以创造口袋时,团队面临了一些挑战,”该论文指出。 通过在水中有氧运动中,使用重量并利用快速缝合缝纫锥来解决这些问题。 使用这些方法,如果需要其他设备,可以轻松复制设计。 该设备将使用水泥腻子连接到洛基的外壳上, 这是目前水族馆和浮力装置使用的方法。 腻子是半永久性的,因此如果需要可以移除设备。

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现在,奥兰多的Hanger Prosthetics,将测试和组装3D打印的假肢鳍状肢,和Rocky的浮力补偿装置已经装在海龟的身上了,感谢这次为拯救海龟游泳之梦而辛苦奋斗的学生们。

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