XII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Изготовление модели протеза для людей с ограниченными возможностями

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Бессарабова С.С. 1

---

1МБОУ "ГИМНАЗИЯ № 11 Г. ЕЛЬЦА"

Австриевских Н.М. 1

---

1МБОУ "ГИМНАЗИЯ № 11 Г. ЕЛЬЦА"

Работа в формате PDF

5.3 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

В настоящее время перед современным обществом стоит непростая задача кардинального изменения отношения к людям с ограниченными возможностями путем создания для них условий для самореализации, равных возможностей; разработки и внедрения различных способов и мер, позволяющих им полноценно осваивать социальный опыт. Для этого необходимо создать систему эффективной социальной поддержки, включающей социальные, медицинские, педагогические, психологические разделы их реабилитации, позволяющие инвалидам равноправно входить в общество здоровых людей. В России существует широкая законодательная и организационная поддержка людей с ограниченными возможностями. Человек, у которого обнаружены ограничения, может получить подтверждение статуса инвалида. Это даст ему определенные социальные льготы: пособие, бесплатные лекарства, бесплатное техническое средство (протезы, коляску или слуховой аппарат), скидки по оплате жилья, санаторные путевки.

Инвалид – это «лицо, которое имеет нарушение здоровья со стойким расстройством функций организма, обусловленное заболеваниями, последствиями травм или дефектами, приводящее к ограничению жизнедеятельности и вызывающее необходимость его социальной защиты».

Ограничение жизнедеятельности определяется как «полная или частичная утрата лицом способности или возможности осуществлять самообслуживание, самостоятельно передвигаться, ориентироваться, общаться, контролировать свое поведение, обучаться и заниматься трудовой деятельностью» 

В настоящее время цивилизованные страны стараются решить социальные проблемы, связанные с ростом числа лиц с ограниченными возможностями, на основе научно-исследовательского подхода, использования материально-технических средств, детально разработанного юридического механизма, общенациональных и общественных программ, высокого уровня профессиональной подготовки специалистов.

Несмотря на предпринимаемые усилия и значительный прогресс медицины, количество лиц с ограниченными возможностями медленно, но стабильно растет. Например, детей, нуждающихся в специальном обучении, ежегодно становится больше на 3-5%. Это в основном дети с врожденной патологией: церебральный паралич, глухота, слепота, умственная отсталость.

В качестве причин инвалидности могут быть указаны:

общее заболевание;

трудовое увечье;

профессиональное заболевание;

инвалидность с детства;

инвалидность с детства вследствие ранения (контузии, увечья), связанная с боевыми действиями в период Великой Отечественной войны;

военная травма или заболевание, полученные в период военной службы;

инвалидность, связанная с аварией на Чернобыльской АЭС, последствиями радиационных воздействий и непосредственным участием в деятельности подразделений особого риска;

иные причины, установленные законодательством Российской Федерации.

В нашей стране неуклонно увеличивается число людей с ограниченными возможностями. С учетом перехода России к международным критериям и расширением медицинских показаний для установления инвалидности, по мнению экспертов, в ближайшие 10 лет следует ожидать увеличения числа инвалидов в 2-3 раза.

1.1Проблема:

Сложно переоценить роль пальцев, рук или ног в жизни любого человека. Но по-настоящему об этом задумываешься лишь тогда, когда это касается тебя или твоих близких. По стечению обстоятельств, либо из-за болезни люди лишаются возможности себя обслуживать. Так, сестра моего дедушки из-за сахарного диабета лишилась конечности. Глядя на её мучения, мне захотелось чем-то помочь таким людям. На данный момент хороший протез стоит очень дорого. Потому что хотелось бы, чтобы он не только выполнял свои функции, но и был эстетичным на вид. Я считаю, что люди: богатые и бедные могли позволить себе качественную конструкцию. Именно поэтому я выбрала себе проект на данную тему, потому что я хочу быть полезна обществу. Может быть, моя идея принесёт кому-то пользу.

1.2Актуальность:

В современном мире все чаще на передней план выходят такие направления, как простота, эффективность и экономичность, поэтому для людей всегда будет важен комфорт и свобода в движении.

Современные протезы  рук и ног помогают человеку выполнять все движения, которые он делает здоровыми конечностями. Его шаги становятся безопасными, движения – естественными и гармоничными, уверенными и твердыми.

При чрезвычайных ситуациях в помещениях с большим скоплением, людям с ограниченными возможностями будет трудно выбраться из помещения без посторонней помощи, но благодаря протезу они сами смогут контролировать свои движения.

Таким образом, данная модель сможет не только облегчить жизни людей, но и спасти их в чрезвычайных ситуациях

1.3Цель:

Цель проекта - создать удобный, экономичный протез для людей с ограниченными возможностями.

1.4 Задачи:

Узнать, что такое протез для людей с ограниченными возможностями и изучить принцип его работы

Узнать, какие бывают протезы и из чего они состоят

Выбрать наиболее подходящий вариант

Изучить программу Tinkercad для формирования навыков компьютерного проектирования.

Составить схему модели

Смоделировать свою конструкцию протеза для людей с ограниченными возможностями

Собрать протез при помощи 3D принтера

Проверить устройство в действии

2.Методика исследования

2.1 Теоретическая часть

Протезы  — устройства, предназначенные для возмещения или восполнения косметических и функциональных дефектов различных органов и частей тела человеческого организма, возникших в результате травмы, заболевания или порока развития (Рис.1).

Рисунок 1. Протезы в современном мире

Одним из самых древнейших протезов считается протез ноги из кожи, принадлежавший мумии, обнаруженной во время раскопок усыпальниц.

Вплоть до XIX века протезирование практически не прогрессировало, а протезы представляли собой лишь вариации на «пиратскую тему». В разные эпохи искусственные конечности изготавливали из различных материалов: дерева, гипса, бронзовых, металлических или серебряных пластин. При этом протезы ног неизменно доставляли массу неудобств своим владельцам, которым при каждом шаге приходилось описывать негнущейся ногой полукруг. Искусственные руки, как правило, представляли собой закрепляемую на культе гильзу, к которой прикрепляли инструмент, соответствующий роду деятельности человека: клещи, молот, боевой меч, неподвижную кисть в лайковой перчатке, или пресловутый пиратский крюк.

Большинство изготавливаемых в настоящее время протезов также являются не имеющими связи с организмом механическими устройствами, действующими за счет силы самого пациента. По гибкости и функциональности они намного превосходят свои прототипы, но по-прежнему даже не приближаются к живым конечностям. Поэтому всем важно:
- качество деталей

- возможность быстро вносить изменения в конструкцию (это особенно нравится инженерам)

- возможность масштабирования производства/скорость производства деталей

Чтобы протезирование прошло успешно, человек должен принять факт ампутации. Нельзя «зацикливаться» на проблеме, но и не стоит избегать всего, что её касается. Событие уже произошло. Оно необратимо. Нужно приспособиться к изменившимся условиям жизни. Правильный настрой, формирование позитивного отношения к предстоящему протезированию повышают успех реабилитации.

Хорошо подготовиться к протезированию помогает общение с теми, кто прошел этот этап. Положительный пример воодушевляет, настраивает на работу, дает понимание необходимости приложить усилия, чтобы вернуться к привычной жизни.

Существует несколько принципиально разных видов протезов рук.

Косметический протез имитирует настоящую руку. Однако с его помощью невозможно сделать что-то сложное: он практически нефункционален (Рис.2).

Рисунок 2.Косметический протез

Активный (тяговый) протез позволяет освоить некоторые точные движения. Можно научиться писать ручкой или пользоваться столовыми приборами. Протез требует бережного отношения, чтобы не повредить эстетичную оболочку, ремни тягового бандажа могут натирать (Рис.3)

Рисунок 3.Активный (тяговый) протез

Рабочий протез стоит недорого. На культю руки одевается приемная гильза с адаптером для присоединения различных рабочих насадок, которые нужно менять при смене вида деятельности. За счет этого функционал большой, однако, выглядит протез неестественно (Рис.4).

Рисунок 4.Рабочий протез

Бионические протезы – наиболее прогрессивные, появившиеся на стыке трёх наук: робототехники, механики и биологии. Они максимально приближены к действию человеческой руки и значительно повышают качество жизни. Благодаря им люди в совершенстве осваивают такие сложные действия, как приготовление еды, завязывание шнурков, рисование, работа за компьютером. К минусам бионических рук относится их высокая стоимость. Плюсов значительно больше: человек ведет привычный образ жизни, выполняя руками все необходимые ему действия (Рис.5)

Рисунок 5. Бионический протез

2.2Описание устройства

 Данный протез состоит из 3 частей:

Крепление. Модель протеза присоединяется к телу с помощью специального механического крепления, которое изготавливается специально под особенности строение рук. В основе лежит подшипник скольжения, который  представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш, или втулка из антифрикционного материала (бронзы, баббита, текстолита, фторопласта) и смазывающее устройство (Рис.6). Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, заполненный смазочным материалом, который позволяет свободно вращаться валу. А также самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами (Рис.7).

Рисунок 6.Общее устройство подшипника скольжения

Рисунок 7.Крепление

Компоненты. Они включают в себя терминальные устройства, такие как: фаланги пальцев и суставы, а также стержни, выполняющие роль костей (Рис.8).

Рисунок 8. Компоненты

Косметическая облицовка. Необходима для того, чтобы модель протеза выглядела достойным образом (Рис.9).

Рисунок 9. Модель протеза после облицовки.

2.3Ход работы

Изготовлениеданного протеза было создано в программе для программирования и создания 3-D моделей Autodesk Tinkercad.

К составным частям модели относятся:

- Корпус руки (к нему крепятся все остальные элементы, а внутрь устанавливается батарея 9В);

- Стабилизаторы (крепятся к нижней части фалангов пальцев и придают ей устойчивость);

- Направляющие кольца (крепятся к корпусу, чтобы закрепить руку в устойчивом положении);

Воссоздадим точные размеры человеческой руки на плоскости, собрав части запястья (Рис.10).

Рисунок 10.

Рассмотрим процесс создания одной из главных частей протеза - фалангов пальцев (Рис.11).

Рисунок 11.

Конечная модель протеза (Рис.12).

Рисунок 12.Конечная модель протеза.

Затем, переносим наше изображение на 3-D принтер, чтобы в дальнейшем напечатать модель протеза (Рис.13).

Рисунок 13.Модель протеза в реальности

2.4.Чертеж модели

Рисунок 13.

2.5 Необходимые подсчёты

Длина протеза (без включения пальцев)-11 см

Длина протеза (включая пальцы)-11 см

Общая длина протеза=11 см + 11 см =22 см

Стабилизаторы (3 шт.) 2*2,5+3=8 см

2.6 Проведение анкетирования

Для выявления качественности проекта я опросила учащихся 10-11 классов. Общее количество опрошенных -72 человека.

Было задано 3 вопроса:

Знаете ли Вы, что такое протезирование?

Встречались ли Вы в своей жизни с людьми, использующими протезы?

Хотели ли бы Вы сами заняться протезированием?

Результаты опроса – в таблицах №1, №2 и №3, а также в диаграммах №1, №2 и №3.

Таблица №1

Диаграмма №1

Таблица №2

Диаграмма №2

Таблица №3

Диаграмма №3

3.Заключение

Цель и задачи, поставленные в работе, выполнены. В результате данной работы исследован принцип работы Autodesk Tinkercad и выполнена модель протеза конечностей. На основе сравнения выбрана модель протеза, которая сделана при небольших затратах и относительно не сложно. Проведено анкетирование в местах массового скопления людей относительности актуальности данного прибора.

Таким образом, можно сделать вывод, что данное устройство достаточно легкое в изготовлении.

Можно смело утверждать, что за протезированием – будущее, потому что медицина безгранична и всегда будет привлекать людей своими загадками и тайнами.

В будущем я хочу продолжить конструировать модели и создавать более сложные протезы для людей с ограниченными возможностями

4.Список литературы

Ассоциация эффективного управления производственными активами. Лекция 2.Основные элементы механизмов ротового типа.

Коллектив авторов. Большая медицинская энциклопедия.

Славуцкий Я. Л. Физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами. — М.: Медицина, 1982. — 289 с.

Фарбер Б. С., Витензон А. С., Морейнис И. Ш. Теоретические основы построения протезов нижних конечностей и коррекции движения. — М.: ЦНИИПП, 1994. — 645 с.

Гурфинкель В. С., Малкин В. Б., Цетлин М. Л., Шнейдер А. Ю. Биоэлектрическое управление. — М.: Наука, 1972. — 299 с.

Кондрашин Н. И., Санин В. Г. Ампутация конечностей и первичное протезирование. — М.: Медицина, 1984. — 160 с.

Кужекин А. П. Конструкции протезно-отопедических изделий. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 240 с.