3D打印的手部助力外骨骼装置Spiderhand
今年暑假，美国Lehigh大学在前伯利恒钢铁公司的科研大楼里搞了一个Mountaintop项目，参与项目的学生被汇集到一起自由探索跨越多个学科的开放式问题。学生Daniel Levy就属于这个项目的一个团队，他的队友包括Jeff Peisner、Elena Ramirez、Emily Macmillan和Nan He。这四个人去年就参加过这样的活动，他们的目标是开发可以辅助身体康复的各种外骨骼装置。到目前为止，这个团队已经创建了四个这样的装置，其中一个装置被称为Spiderhand。这个设计的灵感来自于Levy的个人经历。
“当考虑今年夏天要做什么项目时，我想到了一个正好可以给朋友提供帮助的装置。”Levy解释说，“我的一个足球队的队友，他同时也是我最好朋友的弟弟，几年前遭受脊髓损伤，至今一直在努力恢复手部的功能。让我最难忘的是，这也是我进行这个项目的一个主要动机，是我过去看他的时候跟他打招呼，他所能做的就是举起他的手跟我来了个“顶拳（即两人握拳互顶一下）”。”
去年夏天Levy他们就曾研究了肌腱固定运动，这种运动主要采用手腕的柔性和延伸作为一种机制来移动和卷曲手指，Levy希望在此基础上打造一个设备，以帮助手部力量不足的用户抓握起一个对象。这就是Spiderhand的缘起。Levy介绍了他的设计思路：
“我注意观察了手腕上下移动的情况，当我举起手腕时，前臂与手指第一个关节之间的距离减少。这让我想到，也许我可以用一根杆将手腕与手指直接连接起来，并设计一个机构借助手腕的力量推动手指向下。于是我很快在SolidWorks中将这个设想中的机构模拟了出来，并在几个小时之内将其3D打印出来。在验证了我的理论之后，我一头扎进了设计。”
Levy为他的Spiderhand设计设定了三个标准：可定制、舒适和不引人注目。到目前为止，他觉得自己达到了前两个标准，但是还有相当一段路要走，才能满足不引人注目的要求。
“Spiderhand有两种方式进行定制。首先金属连杆可以旋转，以调整前臂和手指之间的长度。它们的可调节范围为2英寸，这使得Spiderhand几乎适合各种尺寸的手掌和此外它的每个手指可分别调节。第二使用柔性的ninjaflex材料做指套，这些指套可以单独取出来，根据 需要调整大小并重新打印，而无需3D打印整只手。”他解释说。
在整个设计过程中，他从自己的足球队友那里得到了宝贵的反馈。这位队友尝试了多个迭代设计。每次测试后，Levy就会回到数字模型进行修改。由于3D打印的高效，使得Levy的团队能够在Mountaintop项目设定的10周时限内拿出了一个高度开发的原型，当然这也得益于该项目提供的1500美元预算和项目场地上方便的设备。
“Mountaintop项目提供了几台Makerbot Replicator 2和Ultimaker 2 3D打印机。”Levy说，“除了指套之外的所有部件都是用Ultimaker 2 3D打印机打印出来的，而指套由于使用了柔性的Ninjaflex材料，我们用的是Makerbot Replicator 2 3D打印机，也只有它才能打印Ninjaflex材料。为了增加强度，有的部件在打印时设置为100％的填充率，这使得各个部件的打印之间加在一起总共为18-20个小时。”
这种形式的辅助性假肢对于那些手部不够灵活的患者非常有帮助。据中国3D打印网了解，中风患者或那些遭受脊髓损伤的病人往往是从他们的躯干开始恢复。换言之，这些患者会首先恢复肩部的运动能力，然后是肘部、手腕，最后才是手指。有许多人可能永远都不能恢复他们的手指。而Levy希望这个装置能够帮助这些人更加舒服地生活。他说：
“Spiderhand有两种主要用途，第一个是使用功能，该装置能够帮助手指无力的使用者拿起物体。二是在家庭康复中使用，使用者可以戴上它反复活动手腕，这种康复活动可以帮助重塑神经使其与大脑建立新的连接，最终达到恢复肢体健康的目的。”
Levy希望他们的这个设计能够吸引到公众的关注，从而可以让更多需要的人得到Spiderhand的帮助，他还将自己的设计文件放在了互联网上与大家分享，任何人都可以免费下载，并自己打印出一个Spiderhand（点击此处：http://www.3ddayin.net/soft/zuhejixie/14443.html下载设计文件）。
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