Stampa 3D

    Stampa 3D: Mano Robot dell’MIT

    I robot hanno una vastissima gamma di “punti forti” ma la delicatezza tradizionalmente non configura tra di essi. Dita ed arti rigidi rendono difficile afferrare, tenere e manipolare una serie di oggetti di uso quotidiano, senza correre il rischio di farli cadere o schiacciarli.

    Partendo da questa semplice constatazione, i ricercatori del MIT CSAIL – Computer Science And Artificial Intelligence Laboratory – hanno scoperto che la soluzione può essere quella di rivolgersi a una sostanza più comunemente conosciuta con il nome di “Silly Putty“: silicone.

    Grazie all’uso, ormai comune, di una stampante 3D, gli scienziati sono stati in grado di ricreare una Mano Robot realizzata in silicone capace di sollevare oggetti fragili ed estremamente sottili come ad esempio un uovo ed un CD. La Mano Robot, fatta di materiali convenzionali come silicone, carta e fibre, può anche raccogliere – come si vede in video – manufatti vari come una palla da tennis, un cubo di Rubik ed un peluche. Ancora una volta un’insieme di prodotti che sottolineano l’interesse a rendere “delicata” l’interazione.

    L’aspetto ancor più impressionante è la presenza, sulle tre dita di cui è dotata la Mano Robot, di speciali sensori che possono stimare con buona precisione le dimensioni e la forma dell’oggetto che si intende manipolare.

    Daniela Rus, direttore del distretto di Robotica del CSAIL, sottolinea:

    La difficoltà d’interagire con oggetti di diverse dimensioni e materiali, è spesso per i robot un limite alle loro capacità. Riuscire a fare in modo che essi abbiano la una presa forte e delicata è il primo passo importante.

    I ricercatori sostengono che i robot dotati di “mani morbide” hanno un certo numero di vantaggi rispetto agli automi convenzionali, tra cui la possibilità di gestire utensili di forma irregolare ed oggetti di spessore millimetrico evitando compressioni.

    Source: news.mit.edu
    Source: news.mit.edu

    Gli umanoidi dotati di questa particolare Mano Robot rappresentano quindi un intrigante nuova alternativa. Tuttavia, uno svantaggio alla loro “flessibilità” o “conformità” è che spesso hanno difficoltà a misurare con precisione dov’è posizionato l’oggetto.

    Entrano in gioco, a questo punto, i sensori.

    mit-csail-gripper-03Quando la Mano Robot è affine ad un utensile, le dita rimandano segnali di localizzazione. Grazie a questi dati, il robot può raccogliere un oggetto sconosciuto e confrontarlo con un cluster esistente di punti che rappresentano i dati immagazzinati e relativi ad oggetti manipolati in regressione. Con soli tre punti campionati in una singola presa, gli algoritmi del robot sono in grado di distinguere prodotti analoghi in termini di dimensioni.

    In altre parole, immaginiamo un essere umano bendato in grado con l’utilizzo esclusivo del senso del tatto di riconoscere un dato oggetto: i sensori rappresentano la “vista” tattile del robot. Essi forniscono informazioni tradotte in conoscenza ed un ulteriore bagaglio di competenza.

    Il team spera dunque che, con ulteriori progressi, il sistema possa alla fine identificare decine di oggetti distinti, ed essere programmato per interagire con loro in modo arbitrario a seconda della loro dimensione, forma e funzione.

    I ricercatori controllano la Mano Robot tramite una serie di pistoni che spingono aria pressurizzata attraverso le dita di silicone. La pressione causa delle bollicine che attraversano e distendono le dita, costringendo e stimolando il loro allungamento.

    La mano utilizza due tipi di presa: “avvolge”, l’oggetto è interamente contenuto all’interno della pinza e “pizzica”, in cui l’utensile si tiene con la punta delle dita.

    Dulcis in fundo, il sistema funziona praticamente su qualsiasi piattaforma robotica.

    Concludiamo con le significative parole della Dottoressa Rus:

    Il nostro sogno è quello di sviluppare un robot che, come un essere umano, può avvicinarsi ad un oggetto sconosciuto, grande o piccolo, determinarne la forma e le dimensioni approssimative e capire come interfacciarsi con esso in un unico movimento senza soluzione di continuità.

    Pavia: un progetto per stampare organi in 3D per aiutare la chirurgia

    Forse la biomedica è uno dei campi in cui la stampa 3D ha dato un maggiore contributo, favorendo una vera e propria rivoluzione. In particolare, un settore che ha visto l’avvento di tale  tecnologia è quello della chirurgia.

    Utilizzare un modello 3D dell’anatomia del paziente, guardarlo e analizzarlo da angolazioni differenti, mi permette di pianificare ed eseguire interventi in modo più efficiente.

    Spiega così il prof. Andrea Pietrabissa, del Policlinico San Matteo di Pavia, che ormai utilizza abitualmente modelli anatomici stampati in 3D, ricostruiti a partire da immagini TAC del paziente. In particolare, il 50% della chirurgia pancreatica e il 100% di quella splenica e renale sono eseguiti sfruttando le potenzialità dei modelli stampati in 3D.

    Il progetto dell’Università di Pavia nasce dalla necessità di una maggior efficienza degli strumenti di pianificazione –racconta l’ingegnere biomedico Chiara Trentin a Close-up Engineering– che ad oggi sono CT e ricostruzioni virtuali automatiche (Osirix) che però non sono efficaci per la chirurgia addominale (troppo poco contrasto tra le strutture).

    ©universitiamo.eu

    Il chirurgo può pianificare, avendo un modello dell’anatomia del paziente stampato in 3D, gli interventi di laparoscopia e chirurgia robotica, in cui la visione è molto diversa da quella della chirurgia tradizionale. La chirurgia robotica necessita di pianificare accessi operatori (posizionamento trocart) e spazi di manovra”.

    L’iter prevede una elaborazione delle immagini TAC o di Risonanza Magnetica del paziente fornite dal chirurgo; le immagini vengono utilizzate per la ricostruzione tridimensionale del modello anatomico virtuale, e la stampante 3D fa il resto.

    Altri campi applicativi esplorati dal team di ricerca includono la chirurgia ortopedica e otorino-laringoiatrica.

    Il laboratorio Proto-Lab

    Il laboratorio Proto-Lab ha in dotazione una stampante Objet 30 Pro3D Stratasys (solo per modelli anatomici) e altre per scopi di ricerca sui materiali e produzione di strumentazione chirurgica e da laboratorio.
    La stampante in dotazione ha un’elevata risoluzione e stampa modelli in ben 7 differenti materiali (rigidi, opachi, trasparenti, ad alte temperature e simil-polipropilene), un materiale alla volta. Con questa tecnologia si è capaci di stampare modelli fino ad un massimo di 294x192x148.6 mm e con uno spessore che parte da 28 µm per i materiali opachi fino a 16 µm per quelli trasparenti.
    Un altro prodotto utilizzato nel laboratorio è la stampante Leapfrog Creatr (a media risoluzione, con uno spessore tra 50 e 350 µm). La dimensione di stampa arriva a 230x270x200 mm. È equipaggiata con un doppio estrusore che permette una stampa simultanea di due materiali alla volta.

    La 3NTR A4 è invece basata sulla tecnica di Fused Deposition Modeling (FDM): la stampante costruisce l’oggetto rilasciando il materiale fuso attraverso un ugello. È una stampante ad alta risoluzione con una precisione di posizionamento di 11 µm sul piano X-Y e di 5 µm sull’asse Z. La dimensione di stampa arriva fino a 300x200x200 mm. Anche questa è equipaggiata con doppio estrusore che permette la stampa simultanea di due materiali alla volta. Ha inoltre un range elevato di colori e materiali (ABS, PLA, PVA, nylon, laybrick).

    Crowdfunding e prospettive future

    “Al momento –conclude Chiara-, la strumentazione in nostro possesso non ci permette di implementare un  vero e proprio servizio integrato in grado di rispondere ai chirurghi rispettando le tempistiche della pratica clinica. Abbiamo quindi bisogno di strumentazione dedicata che permetta maggiore velocità realizzativa e abbattimento dei costi, nonché di personale qualificato. L’idea finale è quella di arrivare ad erogare un servizio a livello regionale o nazionale, ad ora si tratta solo di un progetto accademico e locale.

    Abbiamo avviato, dunque, una campagna di crowdfunding. Ci siamo dati tre obiettivi ad impatto crescente:

    • Target iniziale: 40.000€, servizio pilota a livello locale (stampante dedicata, materiale di stampa e personale part-time).
    • Target intermedio: 70.000€, servizio a livello regionale (stampante dedicata di livello superiore, materiale di stampa e personale full-time)
    • Target finale: 120.000€, servizio a livello nazionale/internazionale (stampante dedicata di livello superiore, materiale di stampa e personale full-time)”.

    ©Close-up Engineering – Riproduzione riservata

     

     

    EYE, Enhance Your Eye, Close-up Engineering

    EYE: il futuro degli occhi è 3D bioprinting

    MHOX è uno studio di design generativo che sviluppa estensioni corporee, oggetti e sistemi che integrano il corpo umano per mutarne le potenzialità estetiche e funzionali. Oltre al design di prodotto, lo studio esplora processi e condizioni di alterazione, mutazione e metamorfosi corporea, creando azioni di comunicazione e programmi formativi.

    Design generativo

    “Il design generativo -spiega Filippo Nassetti, partner e lead designer di MHOX, a Close-up Engineering– è un insieme di tecniche e sensibilità finalizzare a simulare digitalmente processi e fenomeni naturali e biologici (come si organizzano le cellule in un tessuto, come crescono organismi vegetali…), e a utilizzare queste simulazioni per finalità di design”.

    Lo studio crea un framework integrato col quale il corpo dell’utente, tramite scansione, è acquisito in ambiente digitale; attraverso simulazioni di fenomeni biologici è generata la forma degli oggetti personalizzandola sul corpo. La produzione avviene tramite stampa 3D e altre tecniche di fabbricazione digitale.

    EYE: Enhance Your Eye

    Nell’ultimo anno lo studio ha lavorato al progetto EYE  (Enhance Your Eye): estensione visiva in 3d bioprinting.
    I recenti sviluppi di biohacking e 3d bioprinting lasciano immaginare che in un prossimo futuro sarà possibile stampare componenti corporee organiche e funzionali, consentendo all’essere umano di rimpiazzare distretti danneggiati o aumentarne le potenzialità standard.
    Questo progetto è basato sull’idea di estendere il senso della vista, integrando le funzionalità dell’occhio con altre attualmente gestite da differenti parti del corpo o da dispositivi esterni.

    La gamma di prodotti EYE (Enhance Your Eye) include tre modelli: EYE HEAL, EYE ENHANCE, EYE ADVANCE.

    • EYE HEAL rimpiazza le funzionalità standard dell’occhio, fornendo una cura alle malattie e traumi della vista.
    • EYE ENHANCE potenzia la vista fino a 15/10, grazie alla sua hyper-retina. Inoltre, la ghiandola visiva inclusa consente di filtrare esteticamente il segnale visivo. I filtri (vintage, bianco e nero, …) possono essere attivati o cambiati ingerendo le apposite pillole EYE.
    • EYE ADVANCE, oltre alle dotazioni degli altri modelli, offre l’abilità di registrare e condividere l’esperienza visiva, grazie alla ghiandola inclusa che supporta la comunicazione wi-fi. Una volta attivata la modalità wi-fi grazie all’apposita pillola, è possibile connettere EYE a dispositivi esterni e utilizzarlo come una fotocamera.

    Tutti i prodotti della gamma EYE possono essere personalizzati per conservare o cambiare la morfologia della retina, e conseguentemente l’identità dell’utente.

    Source: MHOX

    L’installazione dell’estensione EYE necessita inizialmente di un’operazione chirurgica finalizzata all’installazione del Deck, la tecnologia di interfaccia che connette i muscoli al cranio e il nervo ottico al cervello. Successivamente, i modelli EYE possono essere facilmente intercambiati dall’utente senza necessità di interventi chirurgici ulteriori. Oltre a consentire l’uso di diverse estensioni in diversi contesti, il sistema si presta a un semplice aggiornamento hardware.

    Tutti i modelli EYE sono prodotti tramite 3d bioprinting. Le tecnologie di 3d bioprinting consentono ai biodesigner di stampare direttamente organi e organismi completamente funzionali.
    La stampante utilizza uno speciale ago che depone i diversi tipi di cellule necessarie a ricreare i diversi tessuti dell’EYE. Queste cellule sono contenute in una speciale sostanza chiamata bio-ink e la stampante può scambiare tra diversi bio-ink per creare diversificazione nei tessuti. Una volta che le cellule sono deposte si aggregano autonomamente. Di conseguenza, i prodotti EYE sono completamente organici.

    Da una collezione di occhi di vetro al 3D bioprinting

    EYE -conclude il designer- è un design concept che ha come unica base scientifica l’osservazione delle tendenze e degli sviluppi nel campo delle tecnologie di 3D bioprinting. L’obiettivo del progetto EYE è essenzialmente quello di contribuire a sviluppare una sensibilità nei confronti di quello che che potrebbe essere possibile nel giro di qualche decennio. Vogliamo divulgare questi concetti legati alle tecnologie con l’obiettivo di renderli accessibili ad un maggior numero di persone, in quanto riteniamo che questo possa contribuire a creare interesse e un maggior investimento di energie nella ricerca, con conseguente accelerazione e miglioramento dei risultati”.”Stavo volando sopra l’Europa di ritorno in Italia dopo un paio di settimane a Londra -racconta Nassetti-. Il pomeriggio prima avevo visto in una mostra al Barbican una collezione di occhi di vetro antichi, che aveva colpito la mia immaginazione. Sull’aereo stavo leggendo le dichiarazioni di Will.i.am circa la possibilità di stampare 3d esseri umani .
    L’ispirazione è arrivata lì, immagino sia stata una connessione inconscia delle due cose.

    L’uscita sul mercato dei prodotti EYE è prevista per il 2027.

    ©Close-up Engineering – Riproduzione riservata

    BioPen, una penna che stampa in 3D per ricostruire le ossa

    Ci eravamo già occupati di dispositivi come 3Doodler che hanno messo la stampa 3D letteralmente nelle mani dei consumatori. E’ la volta, ora, di un dispositivo per “mani più esperte”: quelle dei chirurghi.

    Si chiama BioPen ed è stata progettata e sviluppata presso l’Università di Wollongong (UOW) in Australia. Tale strumento è stato pensato per consentire ai chirurghi di “disegnare” cellule vive e fattori di crescita direttamente sul sito di una lesione al fine di contribuire ad accelerare la rigenerazione delle ossa o delle cartilagini.

    medgadget.com

    Invece di filamenti di plastica, BioPen estrude materiale cellulare all’interno di un biopolimero  (ad esempio l’alginato), che è a sua volta racchiuso in uno strato esterno di materiale gel. Entrambi gli strati, esterno e interno, sono combinati all’interno della testa della penna. Il compito del chirurgo sarà quello di “disegnare” direttamente sulla parte interessata, riempiendo, ad esempio, una sezione di osso danneggiata.

    Non appena il materiale viene espulso dalla penna, grazie all’azione di una sorgente di luce ultravioletta a bassa potenza fissata sulla BioPen, esso viene solidificato. Questo permette al medico di creare uno scaffold 3D strato per strato.
    Una volta posizionate all’interno della ferita, le cellule si differenziano in nervose, muscolari o ossee per formare tessuto funzionante. Ma il dispositivo non è solo pensato per le cellule, è infatti concepito anche per l’inizializzazione di fattori di crescita o altre tipologie di farmaco. I ricercatori sostengono che la BioPen porterà vantaggi nelle sale operatorie sia per la sua precisione sia per la facilità di trasporto.

    “Questo tipo di trattamento può essere adatto per la riparazione di ossa gravemente danneggiate e per il ripristino di cartilagine, per esempio, nel caso di infortuni sportivi o in caso di incidenti stradali”, afferma il professor Choong. “Il team di ricerca del professor Wallace unisce la scienza delle cellule staminali e della chimica dei polimeri per aiutare i chirurghi nella progettazione e personalizzazione di soluzioni per la ricostruzione ossea in tempo reale.”

    Il team ha distribuito la penna ai medici del St Vincent’s Hospital di Melbourne , guidati dal professor Peter Choong, che lavorerà per perfezionare il materiale cellulare per l’utilizzo in studi clinici.

    Header image credits: designboom.com


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