創(chuàng)想三維：學生用3D打印機幫助海龜重拾游泳之夢

http://www.sbcta.org2019年01月22日 14:08教育裝備網

　　來自馬薩諸塞州伍斯特理工學院(WPI)的一組學生研究人員撰寫了一篇題為“為綠海龜設計浮力補償裝置和假肢鰭狀肢”的論文，講述了他們如何使用3D打印機，來幫助綠海龜重新找回游泳的夢想。

　　綠海龜是一種瀕臨滅絕的物種，對綠海龜影響最大的是漁撈活動，大型拖網業(yè)，在網底層加上鉛條航行，除了人類愛吃的高經濟價值漁種一網打盡之外，連棲息海底的蝦蟹、海中洄游的綠海龜都無一幸免。漁業(yè)活動混獲的情形，已經大量過度浪費海洋資源，許多生物死于非命。

　　居住在佛羅里達州基韋斯特水族館的洛基被一艘船擊中，導致他失去了右前鰭和受到脊椎損傷，這反過來又導致了他的后殼右側的浮力受到障礙。使他難以正常呼吸，潛水食物，并直線游泳。

　　為了繼續(xù)過正常的生活，他需要一個新的浮力補償裝置和一個假肢鰭狀肢，WPI的研究人員決定幫助它。

　　該論文的摘要是：“這個項目的目的是開發(fā)一種漂浮設備，以抵消洛基的浮力障礙，以及一個模仿他的健康鰭狀肢的假肢鰭狀肢。使用3D打印機和模制工藝制造鰭狀肢。根據之前項目的計算結果，開發(fā)出一種能夠像健康鰭一樣有效工作的鰭狀肢。附件機制由項目團隊設計，將與佛羅里達州奧蘭多的Hanger Prosthetics合作開發(fā)。該團隊還創(chuàng)建了一個通用的過程，在教學小冊子和視頻中展示，可用于協助為其他海龜制作假肢�！�

　　除了創(chuàng)建浮力補償裝置和假肢鰭狀肢外，該團隊還希望確保其他人可以從未來的工作中受益。因此，他們還開發(fā)了一個通用的過程，通過拍攝他們工作的照片和視頻來創(chuàng)建假肢鰭狀肢，然后記錄他們創(chuàng)建鰭狀肢所采取的步驟。

　　研究人員了解了龜的陸地和水生運動形式背后的運動學，以便創(chuàng)造出最好的假肢鰭狀肢。海龜的鰭狀肢由密集的結締組織構成，僅占動物體重的6%以下，但它們對于幫助海龜保持活力是必要的。

　　“在游泳龜的水上運動中，已知有四件事情是真的，”該團隊寫道。首先是游泳速度隨著中風率的增加而增加。其次，每個沖程產生的沖程幅度和力是成正比的。第三，在中風的上下兩個階段中，烏龜仍在前方產生向前推力。最后，在下行程循環(huán)結束時達到行程的最大推力。

　　由于水族館無法為研究人員提供洛基殘肢的CT掃描，這使得難以制造將假肢附著在龜身上的碎片。因此，該團隊使用以前的CAD設計，來制作一只較小的海龜來設計一個改進的原型鰭狀肢，然后將其分成兩部分進行3D打印，膠合在一起，并用于制作最終修復體的模具。

　　在這個項目中，團隊發(fā)現，可以根據任何水族館工作人員收集的數據建造假肢鰭狀肢;研究人員寫道，假肢的質量遠低于使用工業(yè)級設備(如MRI機器和3D打印機)制造的質量。

　　研究人員與水族館合作，為洛基的浮力補償裝置進行頭腦風暴設計。最終的設計是對團隊第三個想法的修改，即將一條加重的，可調節(jié)的帶子連接到海龜的外殼上，并在外殼的右后側加重重量。

　　該設計由經FDA批準的氯丁橡膠材料制成，可有效抵御鹽水，并含有口袋，因此最多可以分散和交換最大3.5磅的重量，具體取決于當時的氣體位置。

　　“當試圖為設備找到合適的重量，以及找到一種方法將織物縫合在一起以創(chuàng)造口袋時，團隊面臨了一些挑戰(zhàn)，”該論文指出。通過在水中有氧運動中，使用重量并利用快速縫合縫紉錐來解決這些問題。使用這些方法，如果需要其他設備，可以輕松復制設計。該設備將使用水泥膩子連接到洛基的外殼上，這是目前水族館和浮力裝置使用的方法。膩子是半永久性的，因此如果需要可以移除設備。