2020-07-15
正如大家所知道的，在全球新冠肺炎爆發時期，3D打印技術用于打印防護口罩及面罩，極大的緩解了醫療資源的不足。
最近3D打印技術在醫療領域又取得了一重大突破。由美國明尼蘇達大學的機械工程師和計算機科學家開發的一種新型3D打印技術登上了Science Advances期刊的封面，稱該技術或將用于新冠肺炎的診斷和檢測。
我們熟知的傳統3D打印，是按照設計好的三維圖，一層一層的在靜止平臺上擠出熔融的材料，從而堆積成型。而這項研究，突破了3D打印靜止平臺的束縛，可將電子傳感器直接打印在正在擴張和收縮的器官表面上。
研究小組的新技術通過使用雙攝像頭實時創建3D打印的工具路徑，精準控制打印位置。這種方法不僅可以被醫務人員用來在安全距離內監測傳染性患者，它甚至可以被用于診斷和監測感染COVID-19患者的肺部。
下面我來給大家解釋一下這項突破性的3D打印技術的原理。
實時3D表面跟蹤
在這項研究中，研究人員將豬肺作為實驗對象，使用運動捕捉跟蹤標記方法，就像在電影中使用的那樣來創建特殊效果。這種方法是將視覺傳感系統與3D打印機集成在一起來跟蹤隨時間變化的3D幾何形狀，從而在可變形的肺部上制造電子柔性傳感器。
過程分為兩個階段：
1． 首先從預先掃描的數據集中離線學習了表面幾何圖形的低維參數模型，以降低后續在線計算的復雜度；
2．在擠出機頭上安裝了兩個機器視覺攝像機，通過相機實時測量的一組標記來估計離線學習模型中的參數，從而在線調整了打印刀頭路徑的幾何形狀。
EIT柔性傳感器
費了這么大一番力氣打印在器官表面上的電子傳感器當然不一般。如下圖所示，這種電子柔性傳感器由離子水凝膠與EIT技術結合制成的，能夠檢測并監視器官的健康狀況。
這項研究的第一作者，明尼蘇達大學機械工程學教授Michael McAlpine說：“我們正在以前所未有的新方式推動3D打印的界限，在移動物體上進行3D打印已經足夠困難，但是要找到一種在其膨脹和收縮時變形的表面上進行打印的方法，這是一個很大的挑戰。”
不僅如此，未來的3D打印將不僅僅是打印這么簡單，更重要的用途是它可以成為自主機器人系統的一部分。新冠肺炎的大流行讓輔助醫療專業人員的機器人技術成為焦點，如果可以將這種3D打印技術應用于采集生命體征的機器人中，從而代替醫護人員，這對于對抗新冠肺炎這樣的疾病非常重要。
