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2020-07-15
正如大家所知道的，在全球新冠肺炎爆發(fā)時期，3D打印技術(shù)用于打印防護口罩及面罩，極大的緩解了醫(yī)療資源的不足。
最近3D打印技術(shù)在醫(yī)療領域又取得了一重大突破。由美國明尼蘇達大學的機械工程師和計算機科學家開發(fā)的一種新型3D打印技術(shù)登上了Science Advances期刊的封面，稱該技術(shù)或?qū)⒂糜谛鹿诜窝椎脑\斷和檢測。
我們熟知的傳統(tǒng)3D打印，是按照設計好的三維圖，一層一層的在靜止平臺上擠出熔融的材料，從而堆積成型。而這項研究，突破了3D打印靜止平臺的束縛，可將電子傳感器直接打印在正在擴張和收縮的器官表面上。
研究小組的新技術(shù)通過使用雙攝像頭實時創(chuàng)建3D打印的工具路徑，精準控制打印位置。這種方法不僅可以被醫(yī)務人員用來在安全距離內(nèi)監(jiān)測傳染性患者，它甚至可以被用于診斷和監(jiān)測感染COVID-19患者的肺部。
下面我來給大家解釋一下這項突破性的3D打印技術(shù)的原理。
實時3D表面跟蹤
在這項研究中，研究人員將豬肺作為實驗對象，使用運動捕捉跟蹤標記方法，就像在電影中使用的那樣來創(chuàng)建特殊效果。這種方法是將視覺傳感系統(tǒng)與3D打印機集成在一起來跟蹤隨時間變化的3D幾何形狀，從而在可變形的肺部上制造電子柔性傳感器。
過程分為兩個階段：
1． 首先從預先掃描的數(shù)據(jù)集中離線學習了表面幾何圖形的低維參數(shù)模型，以降低后續(xù)在線計算的復雜度；
2．在擠出機頭上安裝了兩個機器視覺攝像機，通過相機實時測量的一組標記來估計離線學習模型中的參數(shù)，從而在線調(diào)整了打印刀頭路徑的幾何形狀。
EIT柔性傳感器
費了這么大一番力氣打印在器官表面上的電子傳感器當然不一般。如下圖所示，這種電子柔性傳感器由離子水凝膠與EIT技術(shù)結(jié)合制成的，能夠檢測并監(jiān)視器官的健康狀況。
這項研究的第一作者，明尼蘇達大學機械工程學教授Michael McAlpine說：“我們正在以前所未有的新方式推動3D打印的界限，在移動物體上進行3D打印已經(jīng)足夠困難，但是要找到一種在其膨脹和收縮時變形的表面上進行打印的方法，這是一個很大的挑戰(zhàn)。”
不僅如此，未來的3D打印將不僅僅是打印這么簡單，更重要的用途是它可以成為自主機器人系統(tǒng)的一部分。新冠肺炎的大流行讓輔助醫(yī)療專業(yè)人員的機器人技術(shù)成為焦點，如果可以將這種3D打印技術(shù)應用于采集生命體征的機器人中，從而代替醫(yī)護人員，這對于對抗新冠肺炎這樣的疾病非常重要。
