3D tisk jako budoucnost protetiky
Článek popisuje vývoj protetiky od starověkých dřevěných protéz až po moderní 3D tištěná zařízení, která jsou levnější, lehčí a přesněji přizpůsobená pacientům. Technologie 3D tisku umožnila charitativním projektům jako e-NABLE zpřístupnit protézy lidem v nouzi po celém světě za pouhých 30 dolarů. Prostorový tisk přitom pomáhá nejen lidem — díky němu se zlepšuje kvalita života i zvířat, která přišla o končetiny nebo jiné části těla.
Protézy v minulosti versus protézy dnes
Zubní protézy provázejí člověka již velmi dlouho - nejstaršími objevenými příklady jsou protézy prstů na nohou z doby před přibližně 3 000 lety. Známe také příklad protézy nohy vyrobené z bronzu a vydlabaného dřeva a připevněné koženými řemínky z roku 300 před naším letopočtem. Největší pokrok v protetice však přišel během válek. V 16. století navrhl francouzský chirurg Ambroise Paré čistě funkční protézy pro veterány vracející se z bojiště. Zanechal po sobě také první písemné zmínky o protézách. Americká občanská válka si vyžádala do té doby rekordní počet amputací, což zase inspirovalo nové patenty protéz, včetně prvních pokusů začlenit do konstrukcí polstrování, které mělo snížit bolest a nepohodlí při nošení protézy.
Materiály jako dřevo, železo a kůže se používaly až do 20. století, kdy je začaly vytlačovat lehčí suroviny, jako je plast. V současné době se používá také hliník, titan a silikon a moderní technologie, jako je 3D skenování a modelování a 3D tisk, umožňují výrazně zlepšit kvalitu života pacientů. Protézy jsou lehčí a pohodlnější než kdy dříve, mnohem lépe se přizpůsobují tělu a vědci pracují na zdokonalení ovládání protézy elektrickými impulsy - pomocí elektrod, které protézu propojují se stávajícími svaly, je možné syntetickou končetinou pohybovat pomocí mozku.
3D tištěné protézy
Využití 3D tisku při výrobě protéz přináší mnoho výhod - nejen větší pohodlí pro pacienta, ale také mnohem rychlejší výrobu protéz a snížení nákladů, což umožňuje pomoci většímu počtu lidí v kratším čase a zpřístupnit tyto pomůcky potřebným. To zase otevírá dveře charitativní činnosti. Podívejme se, jak 3D tisk mění protetiku k lepšímu
Protézy rukou
Společnost Unlimited Tomorrow, kterou založil nadšenec do robotiky Easton LaChapelle, když mu bylo pouhých 18 let, vyrábí pokročilou myoelektrickou protézu TrueLimb, která je poháněna elektrickým nábojem generovaným svaly. Inspirován setkáním s dívkou, která používala neergonomickou, člověku nepodobnou protézu ruky, jež stála až 80 000 dolarů, se LaChapelle rozhodl snížit cenu protéz pro běžného člověka.
Unlimited Tomorrow využívá technologii 3D tisku nejen při výrobě samotné protézy, ale také při jejím nasazování. Společnost vyvinula technologii, která umožňuje provádět nasazování na dálku pomocí nastavitelných řemínků a čepiček vytištěných na 3D tiskárně na základě dat z 3D skenu od zákazníka. Inženýři přizpůsobují protézu nejen pro pohodlí, ale dokonce přesně reprodukují barvu kůže, takže TrueLimb, věrný svému názvu, se co nejvíce blíží skutečné končetině. Stejně tak je důležité, že protéza vyvolává dojem dotyku. Výsledek stojí přibližně 8 000 dolarů pro dospělého a 4 000 dolarů pro dítě, přičemž společnost spolupracuje s rodinami dětí na přizpůsobení protézy podle jejich výšky. Díky technologii montáže na dálku a podpoře dárců pomáhá společnost Unlimited Tomorrow bezplatně také veteránům války na Ukrajině a civilistům, kteří v důsledku konfliktu přišli o končetinu
Lidí s amputací nebo vrozenou ztrátou končetiny, kteří si nemohou dovolit výdaje v řádu několika tisíc dolarů, je však mnohem více. Iniciativa e-NABLE se snaží řešit jejich potřeby. Zahájili ji Ivan Owen, vedoucí Makerspace Lab na Washingtonské univerzitě, a Richard, truhlář z Jihoafrické republiky, a od roku 2011 pokrývá téměř celý svět. Cílem tohoto charitativního projektu je zajistit přístup k protézám rukou a předloktí lidem v největší finanční nouzi, a to jak dětem, tak dospělým. K dispozici je několik modelů, včetně těch na zápěstí nebo loket. společnost e-NABLE také dává lidem možnost předložit vlastní návrh protézy, který prochází důkladným testováním a hodnocením, než je schválen k výrobě. Přestože se jedná o méně pokročilá zařízení než ta, která vyrábí například společnost Unlimited Tomorrow, splňují důležité podmínky: jsou mobilní a tvarem podobné lidské ruce a navzdory některým omezením umožňují větší míru pohybu a aktivity. Použití 3D tisku umožňuje personalizaci barvy v závislosti na použitém filamentu - k radosti (nejen) malých dětí má mnoho protéz vyrobených společností e-NABLE veselé, zářivé barvy.
společnost e-NABLE zdarma doplňuje návrhy protéz s otevřeným zdrojovým kódem pro 3D tiskárny spolu s návodem na jejich výrobu a sestavení. Náklady na výrobu jedné protézy činí jen asi 30 dolarů. Klíčovou roli v projektu hrají dobrovolníci, jejichž počet se neustále zvyšuje. Právě oni pod dohledem odborníků vyrábějí protézy pro ty nejpotřebnější. Mezi dobrovolníky patří skupiny studentů, knihovny, školy, kutilové a další nadšenci sdružení v tzv. kapitolách. V Polsku existuje také skupina e-NABLE, kterou najdete na Facebooku.
Protézy nohou
3D tisk otevírá dveře řešením, která se ještě nedávno zdála nemožná. Herb Barrack, protetik s desítkami let zkušeností, dříve vyřezával protézy nohou ručně ze dřeva, což, jak si jistě dovedete představit, zabralo spoustu času. Nyní pracuje s Joshuou Pelzem a Lucou De Vivo Nicolosem, doktory technických věd, jako spoluzakladatelé společnosti Limber P&O. Jejich cílem je postavit pacienty co nejrychleji "zpátky na nohy", čehož dosahují pomocí technologie prostorového tisku protézy v jednom kuse, což trvá jen půl dne. Tak rychlá výroba by bez 3D tisku nebyla možná. Na základě skenu končetiny, který může pacient pořídit pomocí iPhonu, vzniká v procesu 3D tisku lehká a odolná konstrukce, která poskytuje vysokou úroveň pohodlí. Společnost Limber v současné době vyrábí protézy pod kolenem, ale v budoucnu chce vytisknout i funkční kolenní kloub.
Běžněji se 3D tisk používá k výrobě přesně padnoucích protetických trychtýřů, tedy části, která přímo přiléhá k pahýlu nohy a objímá ho, čímž zajišťuje stabilitu a oporu těla a uchycení zbytku protézy. Různí výrobci přinášejí do tohoto procesu své inovace: německá společnost Ottobock, přední výrobce protéz a exoskeletů, vyvinula metodu tisku struktury podobné vnitřku kosti pomocí speciálního práškového zařízení. Tato struktura poskytuje pevnost i jistou dávku pružnosti. Společnost Quorum Prosthetics vybavuje protézy trychtýři, které umožňují nastavit kompresi a upravit překrytí protézy pro různé činnosti, což vede k většímu pohodlí a univerzálnosti protézy.
Nejen pro lidi
Prostorově tištěné protézy mohou být přínosem nejen pro lidi, ale i pro naše čtyřnohé či opeřené přátele. Protézy, které jsou rovněž prostorově tištěné, zachraňují životy zvířat, která se stala obětí pytláků, nehod nebo se narodila s postižením.
Rozkošný psík Derby měl od narození zdeformované, netečné nohy. Společnost 3D Systems společně s výrobcem zvířecích ortéz a invalidních vozíků Animal Ortho Care vyvinula pro Derbyho individuální 3D protézu, která mu umožňuje volně běhat až několik kilometrů denně.
Díky 3D tisku se také na Nový Zéland vrátil na nohy malý tučňák jménem Bagpipe, který přišel o končetinu poté, co se zamotal do rybářského vlasce. Don Clucas z Canterburské univerzity navrhl pro Bagpipeho protézu nohy, která mu umožňuje pohodlně stát a chodit s rovnoměrně rozloženou váhou těla a také plavat.
Prostorový tisk umožňuje nahradit nejen tlapky nebo nohy, ale i další části zvířecího těla nezbytné pro přežití. V roce 2005 Jane Fink Cantwellová a Nate Calvin ze společnosti Kinetic Engineering Group vyrobili protézu zobáku pro orla bělohlavého jménem Beauty, kterého pytlák střelil do hlavy. V roce 2014 se podobný výkon podařil specialistům ze společností Omni3D a MTT Poland, kteří vytvořili 3D tištěný zobák pro tučňáka afrického z varšavské zoo.
Pan Stubbs, aligátor, který měl tu smůlu, že se dostal do rukou pašeráků zvířat, přišel o ocas. Chovatelé z Phoenixské herpetologické společnosti se snažili najít řešení od roku 2013. V roce 2018 přišel na pomoc Justin Georgi, odborník na anatomii z Midwestern University, a místní společnost zabývající se 3D tiskem. Společně vytvořili protézu ocasu, která umožňuje volný pohyb a krmení a díky níž pan Stubbs konečně začal zdravě růst.
Přestože amputovaná zvířata většinou nemohou žít ve volné přírodě, 3D tisk jim umožňuje vést volnější a důstojný život v rezervacích. K pomoci zvířatům v nouzi není třeba žádného důvodu, ale data získaná při práci na zvířecích protézách mohou pomoci zlepšit i protézy pro lidi.
Jak levné jsou 3D tištěné protézy ve srovnání s tradičními?
Ceny se výrazně liší podle typu a funkčnosti. Charitativní projekt e-NABLE umožňuje výrobu protézy ruky za pouhých 30 dolarů. Pokročilejší myoelektrická protéza TrueLimb od Unlimited Tomorrow stojí přibližně 4 000 dolarů pro dítě a 8 000 dolarů pro dospělého — což je zlomek ceny tradičních protéz, které mohou stát až 80 000 dolarů.
Jak dlouho trvá výroba 3D tištěné protézy nohy?
Společnost Limber P&O dokáže vytisknout celou protézu nohy v jednom kuse za pouhý půl den. Tento proces vychází ze skenu končetiny, který si pacient může pořídit například pomocí iPhonu, takže je celý postup rychlý a dostupný.
Může se kdokoli zapojit do výroby protéz pro projekt e-NABLE?
Ano, projekt e-NABLE vítá dobrovolníky z celého světa. Stačí mít přístup k 3D tiskárně — všechny návrhy i návody jsou zdarma dostupné s otevřeným zdrojovým kódem. Dobrovolnické skupiny (kapitoly) existují i v Polsku a jsou dostupné přes Facebook.
Používá se 3D tisk protéz také u zvířat?
Ano, 3D tisk se úspěšně používá i pro zvířata. Prostorově tištěné protézy a náhrady pomohly například psovi Derbymu s vrozenou vadou noh, tučňákovi Bagpipemu po ztrátě končetiny nebo aligátorovi panu Stubbsovi, který přišel o ocas. Tato zvířata díky 3D protézám vedou aktivnější a důstojnější život.
Copywriterka v redakci Print24, polské obdoby Cartmax.cz od roku 2024. Vytváří přehledné průvodce, které pomáhají vybrat správný spotřební materiál pro tiskárny, a přináší čtenářům aktuální informace o novinkách ze světa tisku. Vystudovala magisterský obor anglická filologie se specializací na překladatelství; hovoří polsky, anglicky a japonsky. V soukromí je její vášní kultura Dálného východu, cestování a fotografování.