Пермские ученые изучили взаимодействие между мышечными тканями и протезами

Ученые Пермского политеха разработали подход для создания бедренного экзопротеза на основе 3D-печати и углеродных волокон, для этого они изучили взаимодействие между мышечными тканями и самим протезом. Исследование проводилось в соответствии с целями нацпроекта «Наука и университеты», сообщили в вузе.

«Особый интерес для нас представляло изучение взаимодействия между протезом и мышечной тканью, поэтому были смоделированы мягкие ткани человека. Рассматривалась упрощенная модель мягкотканного контура бедра, который был разделен на два основных сегмента, соответствующих мышечной и костной тканям. Размеры были масштабированы в соответствии со средним размером окружности бедра человека», — рассказал доцент кафедры «Динамика и прочность машин» Пермского политеха Михаил Ташкинов.

Созданная математическая модель позволяет изучить механическое взаимодействие между мышечной тканью и самим протезом. Основной составляющей протеза является ортопедическая гильза, которая обеспечивает соединение между телом и протезом. Пермские ученые создали ее в форме цилиндра на основе 3D-печатной полимерной матрицы (основание изделия), внутрь которой внедрили армированные (укрепленные) углеродные волокна в виде стержней. Исследователи подготовили 16 расчетных моделей, на которых изучали лучшее сочетание свойств матрицы и прутков.

В ходе экспериментов выяснилось, что при низких упругих свойствах полимерного материала армирование играет важную роль в распределении напряжения в гильзе протеза. Наилучшие прочностные характеристики будут достигнуты при равномерном распределении углеродных прутков. Данные результаты ученые использовали при проектировании основной модели ортопедической гильзы для протеза.

«Ожидается, что полученные результаты позволят проектировать конструкции экзопротезов, сочетающие персонализированную геометрию, достигнутую благодаря возможностям 3D-печати, и улучшенные механические свойства благодаря использованию непрерывных волокон», — резюмировал Ташкинов.

Главная цель нацпроекта «Наука и университеты» — вывести Россию в пятерку мировых лидеров по разработкам в приоритетных областях. Создаются условия, чтобы ученым было комфортно жить и работать в нашей стране, большое внимание также уделяется популяризации науки, чтобы привлечь в эту сферу молодежь. Запущена программа по созданию сети современных кампусов. Исследователей обеспечивают передовым оборудованием и инфраструктурой, в том числе уникальными установками класса «мегасайенс» и новыми научными судами. Вузы, НИИ и бизнес приглашают участвовать в совместных проектах, что позволяет быстрее и эффективнее использовать передовые открытия на благо развития страны. Нацпроекты, инициированные Президентом РФ Владимиром Путиным, стартовали в 2019 году.