Weshalb Motion Capture in neuartiger 3D-Druck-Technik benötigt wird

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Eine neuartige 3D-Druck-Technik ermöglicht es,Hydrogel-basierte Sensoren direkt auf Organe aufzubringen, während sich deren Form verändert.

• Elektronik direkt auf sich bewegende Oberflächen zu drucken, gestaltet sich schwierig.

• Eine noch größere Herausforderung ist der 3D-Druck auf eine Oberfläche, die sich beim Ausdehnen und Zusammenziehen verformt, etwa die eines Herzens oder einer Lunge.

• Forschenden der Universität von Minnesota ist es gelungen, eine 3D-Druck-Technik für diese Anwendungen zu entwickeln.

Eine neuartige 3D-Druck-Technik, von Forschenden der Universität von Minnesota entwickelt, ermöglicht den 3D-Druck von Hydrogel-basierten Sensoren direkt auf Organe wie die Lunge, die ihre Form verändern oder sich durch Ausdehnen und Zusammenziehen verzerren.

In den Forschungsarbeiten haben Maschinenbauingenieure und Informatiker an der Universität von Minnesota eine 3D-Druck-Technik entwickelt, die eine Motion-Capture-Technologie ähnlich der in Hollywood-Filmen verwendeten verwendet, um elektronische Sensoren direkt auf sich ausdehnende und zusammenziehende Organe zu drucken. Die neue 3D-Drucktechnik könnte in Zukunft bei der Diagnose und Überwachung der Lungen von Patienten mit COVID-19 Anwendung finden. Die Forschungsergebnisse werden in Science Advances veröffentlicht, einer Zeitschrift, die von der American Association for the Advancement of Science (AAAS) herausgegeben wird.

Bei der neuen Forschung handelt es sich um die nächste Generation einer 3D-Druck-Technik, die vor zwei Jahren von Mitgliedern des Teams entdeckt wurde und das Drucken von Elektronik direkt auf die Haut einer Hand ermöglichte, die sich von links nach rechts bewegte oder rotierte. Die neue Technik ermöglicht eine noch ausgeklügeltere Verfolgung von 3D-Drucksensoren auf Organen wie Lunge oder Herz, die durch Ausdehnung und Kontraktion ihre Form verändern oder verzerren.

3D-Druck-Technik auf Oberflächen, die sich ausdehnen und zusammenziehen

"Wir verschieben die Grenzen des 3D-Drucks auf eine neue Art und Weise, die wir uns vor Jahren noch nicht einmal vorstellen konnten", sagte Michael McAlpine, Professor für Maschinenbau an der University of Minnesota und leitender Forscher der Studie. "Der 3D-Druck auf ein sich bewegendes Objekt ist schon schwierig genug, aber es war eine ziemliche Herausforderung, einen Weg zu finden, auf eine Oberfläche zu drucken, die sich beim Ausdehnen und Zusammenziehen verformte.

Die Forscher begannen im Labor mit einer ballonähnlichen Form und einem speziellen 3D-Drucker. Sie verwendeten Motion-Capture-Tracking-Marker, ähnlich wie sie in Filmen zur Erzeugung von Spezialeffekten verwendet werden, um dem 3D-Drucker zu helfen, seinen Druckweg an die Ausdehnungs- und Kontraktionsbewegungen auf der Oberfläche anzupassen. Die Forscher gingen dann zu einer Tierlunge im Labor über, die künstlich aufgeblasen wurde. Es gelang ihnen, einen auf weichem Hydrogel basierenden Sensor direkt auf die Oberfläche zu drucken. McAlpine sagte, dass diese Technik in der Zukunft möglicherweise auch für den 3D-Druck von Sensoren auf ein pumpendes Herz verwendet werden könnte.

3D-Druck lässt sich mit chirurgischen Robotern kombinieren

"Die weiter gefasste Idee hinter dieser Forschung ist, dass dies ein großer Schritt vorwärts zu dem Ziel ist, die 3D-Druck-Technik mit chirurgischen Robotern zu kombinieren", sagte McAlpine, der die Kuhrmeyer Family Chair-Professur am University of Minnesota Department of Mechanical Engineering innehat. "In Zukunft wird es beim 3D-Druck nicht mehr nur ums Drucken gehen, sondern er wird Teil eines größeren autonomen Robotersystems sein. Dies könnte für Krankheiten wie COVID-19 wichtig sein, bei denen Gesundheitsversorger bei der Behandlung von Patienten gefährdet sind.

Zu den weiteren Mitgliedern des Forschungsteams gehörten der Leitautor Zhijie Zhu, ein Doktorand der Universität von Minnesota im Bereich Maschinenbau, und Hyun Soo Park, ein Assistenzprofessor am Fachbereich für Informatik und Ingenieurwesen der Universität von Minnesota.

Die Forschung wurde von Medtronic (für die Sensorentwicklung) und dem National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering der National Institutes of Health unterstützt. Zusätzliche Unterstützung wurde durch ein Promotionsstipendium der University of Minnesota für Zhijie Zhu gewährt.

Bild oben: Eine neue Technik, die von Forschern der Universität von Minnesota entwickelt wurde, ermöglicht den 3D-Druck von Hydrogel-basierten Sensoren direkt auf Organe wie die Lunge, die ihre Form verändern oder sich durch Ausdehnen und Zusammenziehen verzerren. Credit: McAlpine-Forschungsgruppe, Universität von Minnesota

Um die vollständige Forschungsstudie mit dem Titel "3D Printed Deformable Sensors" zu lesen, besuchen Sie die Science Advances-Website.

Weitere Informationen: https://twin-cities.umn.edu/

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