Meta Mecha: Un Liner de Prótesis Metamaterial Personalizado

Una solución innovadora en el campo de las prótesis

Meta Mecha es un liner de prótesis de socket personalizado y médicamente compatible que utiliza metamateriales, diseño computacional e impresión 3D. Los metamateriales mecánicos imprimibles en 3D ofrecen la posibilidad de personalizar las superficies mecánicas, lo que facilita y economiza la actualización del liner de prótesis por parte de los usuarios. Generado en base a requisitos médicos personalizados y datos escaneados en 3D del muñón residual, el liner de prótesis metamaterial se imprime en 3D con TPU elástico. Meta Mecha ofrece una solución única en el campo de las prótesis, combinando diseño computacional, metamateriales e impresión 3D.

El futuro de la tendencia del diseño computacional nos lleva a prestar atención a la materia programable y los metamateriales. Nos sorprende encontrar su potencial para potenciar el diseño con la ciencia de los materiales y nos motiva a reconsiderar los objetos desde una lógica microscópica. Con herramientas de diseño generativo y simulación, proponemos la aplicación de metamateriales en el campo de las prótesis, ofreciendo un servicio personalizado y médicamente compatible.

Con el liner de prótesis metamaterial impreso en 3D, es posible personalizar las superficies mecánicas para diferentes amputados según los requisitos médicos personalizados. El material sensible a la presión que cambia de color proporciona una visualización de la inadecuación y llama la atención. El liner de prótesis se puede reemplazar para apoyar el proceso de deformación del muñón residual. El usuario puede actualizar su superficie mecánica dentro de la prótesis de una manera sencilla y económica.

El liner de prótesis metamaterial se imprime en 3D con impresoras 3D de calidad industrial y TPU elástico. Sería imposible fabricar la compleja forma tridimensional sin la tecnología de fabricación aditiva. Antes del proceso de diseño, se utilizan equipos de escaneo 3D y sensores de presión para adquirir la forma y los requisitos mecánicos de los amputados. Se utiliza un enfoque de diseño generativo para generar un diseño con requisitos personalizados. En nuestro prototipo, utilizamos Grasshopper para generar nuestro diseño.

Los usuarios primero se someten a un escaneo 3D del muñón residual y caminan con un socket común para recopilar datos de distribución de presión. Se genera un modelo 3D del liner de prótesis metamaterial en base a los datos recopilados y los requisitos médicos. Después de imprimir en 3D el liner de prótesis, se ensambla con otras partes de la prótesis y se entrega al usuario. El liner de prótesis ajusta el mejor nivel de presión para el usuario y le advierte cuando la presión excede los límites de tolerancia mediante un cambio de color. Con la señal visual, el usuario puede entender que es hora de reemplazar el liner para adaptarse a la deformación de su muñón residual.

El proyecto comenzó en octubre de 2021 en Shanghai, y el primer prototipo se exhibió en D&I Shanghai en diciembre de 2021. Se mostró una exposición educativa basada en el proyecto en el Shanghai Dyson Ideation Lab a partir de febrero.

Investigamos artículos sobre metamateriales mecánicos, requisitos médicos para prótesis y diseño computacional para comprender cómo aplicar los metamateriales en el campo de las prótesis. Luego tuvimos conversaciones con un especialista en metamateriales para verificar nuestra idea. También imprimimos diez bloques pequeños con estructura de metamaterial para experimentar con diferentes propiedades mecánicas.

Enfrentamos desafíos al comprender la lógica y el proceso de edición de metamateriales mecánicos. Consultamos muchos artículos e entrevistamos a un especialista en metamateriales en nuestra universidad y finalmente logramos organizar la unidad de estructura en un liner de prótesis utilizando Grasshopper y complementos. Otro desafío surgió cuando intentamos prototipar el producto con impresión 3D. Nos llevó un tiempo encontrar un laboratorio de impresión 3D industrial que pudiera utilizar TPU para imprimir la estructura compleja de metamaterial.

Meta Mecha es un avance significativo en el campo de las prótesis, que combina diseño computacional, metamateriales e impresión 3D para ofrecer una solución personalizada y médicamente compatible. Con su capacidad de personalización y actualización económica, este liner de prótesis metamaterial marca un nuevo hito en la industria de las prótesis.

Imágenes: Xuerong Cai, Ruikun Pan, Yanyun Wu, Longyu Gong

Este diseño recibió el premio Iron en la categoría de Diseño Cibernético, Prótesis e Implantes en los A' Design Award en 2023. Los premios Iron A' Design se otorgan a creaciones bien diseñadas, prácticas e innovadoras que cumplen con los requisitos profesionales e industriales. Son reconocidos por integrar las mejores prácticas de la industria y características técnicas competentes, brindando satisfacción y sentimientos positivos, contribuyendo a un mundo mejor.