Gli studenti creano un dispositivo di compensazione del galleggiamento e una pinna protesica stampata in 3D per una tartaruga marina
Un gruppo di ricercatori studenteschi del Worcester Polytechnic Institute (WPI) del Massachusetts ha scritto un articolo dal titolo ” Progettazione di un dispositivo di compensazione del galleggiamento e di una pinna protesica per una tartaruga verde “, sul loro lavoro utilizzando la stampa 3D e lo stampaggio per aiutare un tartaruga marina verde di nome Rocky che stava facendo fatica a nuotare dopo un incidente in barca.
Le tartarughe marine sono una specie in pericolo di estinzione e, a causa di attacchi di predatori, incidenti di navigazione e detriti nell’acqua, molti subiscono la perdita di una pinna. Inoltre, un disturbo di galleggiamento comune, chiamato anche sindrome delle bolle di testa , può impedire alle tartarughe di immergersi e quindi resurfacing naturalmente, ed è in genere causato dal gas intestinale che è stato intrappolato perché la tartaruga ha subito una lesione midollare o detriti di plastica ingeriti.
Rocky, che vive al Key West Aquarium in Florida, è stata colpita da una barca, che gli ha fatto perdere una pinna anteriore destra e soffrire di danni alla colonna vertebrale, che a sua volta ha portato a un disturbo di galleggiamento verso la parte posteriore destra del suo guscio che gli rende difficile respirare correttamente, immergersi per mangiare e nuotare in linea retta.
Per poter continuare a vivere una vita normale, aveva bisogno di un nuovo dispositivo di compensazione del galleggiamento e di una pinna protesica, e dopo che l’acquario aveva raggiunto l’università, i ricercatori della WPI avevano promesso di aiutarlo.
L’abstract del documento recita: “Questo progetto mira a sviluppare un dispositivo di galleggiamento per contrastare i disturbi di galleggiabilità di Rocky e una pinna protesica per imitare la sua sana pinna. Il flipper è stato fabbricato utilizzando processi di stampa e stampaggio 3D. Adattandosi dai calcoli dei precedenti progetti, è stato sviluppato un flipper che funzionerà altrettanto efficacemente di una pinna sana. I meccanismi di attaccamento sono stati progettati dal team di progetto e saranno sviluppati in collaborazione con Hanger Prosthetics a Orlando, in Florida. Il team ha anche creato un processo generalizzato, dimostrato in un opuscolo didattico e in video, che può essere utilizzato per aiutare a realizzare protesi per altre tartarughe marine. “
Oltre a creare un dispositivo di compensazione del galleggiamento e una pinna protesica, il team voleva assicurarsi che altri potessero beneficiare del loro lavoro in futuro. Così hanno anche sviluppato un processo generalizzato per la creazione di un flipper protesico scattando foto e video del loro lavoro, documentando poi i passi compiuti per creare il flipper.
I ricercatori hanno imparato a conoscere la cinematica dietro le forme di movimento terrestre e acquatico di una tartaruga al fine di creare la migliore pinna protesica possibile. Le pinne di una tartaruga marina, fatte di tessuto connettivo denso, costituiscono solo meno del 6% della massa dell’animale, ma sono necessarie per aiutare le tartarughe a rimanere in vita.
“Ci sono quattro cose che si sa essere vere nella locomozione acquatica di una tartaruga marina”, ha scritto il team. “Il primo è che la velocità di nuoto aumenta con un aumento della frequenza cardiaca. In secondo luogo, l’ampiezza del tratto e la forza prodotta per tratto sono direttamente proporzionali. Terzo, durante le fasi su e giù di un colpo la tartaruga sta ancora producendo una spinta in avanti portandolo avanti. Infine, la spinta massima di una corsa viene raggiunta alla fine del ciclo di discesa “.
Tenendo in posizione la flipper stampata in 3D mentre la miscela dello stampo viene versata intorno ad essa.
A causa di un uragano, l’acquario non è stato in grado di fornire ai ricercatori una scansione TC del moncone di Rocky, il che ha reso difficile creare il pezzo che avrebbe fissato la protesi al corpo della tartaruga. Così il team ha utilizzato precedenti progetti CAD per una tartaruga marina più piccola per progettare un prototipo di flipper modificato, che è stato poi stampato in 3D in due parti, incollato insieme e utilizzato per realizzare uno stampo per la protesi finale.
“Durante questo progetto il team ha scoperto che è possibile costruire un flipper protesico da dati che possono essere raccolti da qualsiasi personale dell’acquario, tuttavia; la qualità della protesi è molto inferiore a quella realizzata con apparecchiature di livello industriale come una macchina per risonanza magnetica e una stampante 3D “, hanno scritto i ricercatori.
I ricercatori hanno collaborato con l’acquario per trovare i possibili progetti per il dispositivo di compensazione del galleggiamento di Rocky. Il design definitivo è una modifica alla terza idea del team di attaccare una cinghia appesantita e regolabile attraverso il guscio della tartaruga marina con dei magneti, con un peso maggiore sul lato posteriore destro del guscio.
Il design è realizzato in materiale in neoprene approvato dalla FDA, che può resistere efficacemente all’acqua salata e contiene tasche in modo che un peso massimo di 3,5 libbre possa essere facilmente “disperso e intercambiato a seconda di dove si trova il gas in quel momento”.
“Il team è stato sfidato quando ha cercato di trovare pesi adeguati per il dispositivo e ha trovato un metodo per cucire insieme la stoffa per creare le tasche”, afferma il documento. “Questi problemi sono stati risolti trovando pesi usati in acquagym acquatica e utilizzando il trapuntino per cucire veloce. Utilizzando questi metodi, il design può essere facilmente replicato qualora fosse necessario un altro dispositivo. Il dispositivo sarà collegato al guscio di Rocky utilizzando mastice di cemento. Questo è il metodo attualmente utilizzato dall’acquario e il dispositivo di galleggiamento in atto. Lo stucco è semi-permanente, quindi il dispositivo può essere rimosso, se necessario. “
Dispositivo di compensazione della galleggiabilità finale
Hanger Prosthetics a Orlando testerà e assemblerà sia la pinza protesica stampata in 3D che il dispositivo di compensazione del galleggiamento per Rocky.
I coautori del libro sono Maura Buckley, Katelyn Chagami, Kara Martin e Julia Veitch.
