CC BY
83УДК 621.77.04, 616-77
Мадалиев Андрей,
магистр, аспирант, Иванов Владимир Михайлович,
профессор, д-р физ.-мат. наук, профессор
ПРИМЕНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ПЕРЕДОВОМ
ПРОТЕЗИРОВАНИИ
1
Россия, Санкт-Петербург. Санкт-Петербургский политехнический
университет Петра Великого, madaa258@mail.ru ivm@spbstu.ru
Аннотация. В статье исследуются перспективы использования цифровых технологий при проектировании и изготовлении протезов как пути уменьшения их стоимости. Особое внимание уделяется аддитивным технологиям (3D-печати). Приводятся примеры их применения, выделяются существующие ограничения. На основе проведенного исследования доказывается экономическая целесообразность применение аддитивных технологий в передовом протезировании.
Ключевые слова: аддитивные технологии, 3D-печать, протезы, протезирование, кастомизация, углеволокно, стоимость.
Andrew Madaliev1,
Master of Science, postgraduate student, Vladimir M. Ivanov ,
Professor, Doctor of Physical and Mathematical Sciences
APPLICATION OF ADDITIVE TECHNOLOGIES IN ADVANCED
PROSTHETICS
1
Russia, Saint-Petersburg, Peter the Great St. Petersburg Polytechnic
University, madaa258@mail.ru ivm@spbstu.ru
Abstract. The paper explores the prospects for the use of digital technologies in the design and manufacture of prostheses as a way to reduce their cost. Special attention is paid to additive technologies (3D printing). Examples of their use are given, the existing limitations are highlighted. On the basis of the conducted research, the economic feasibility of the application of additive technologies in advanced prosthetics is proved.
Keywords: additive technology, 3D-printing, prosthesis, prosthetics, customization, carbon, cost.
По оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) за 2017 г. 0,5% мирового населения (35-40 млн. человек) нуждаются в услугах протезирования. При этом доступ к данным услугам во многих странах имеют только 5-15% людей. Причиной этого, помимо недостатка
квалифицированной медицинской помощи, является и высокая стоимость современных протезов [1].
Подобная ситуация обуславливается слабым технологическим развитием данной области, несмотря на то, что первое упоминание о протезе относится к 3500-1800 гг. до н.э. [2]. Однако за столь долгое время выделились основные требования к протезам: функциональность, небольшая масса, визуальная имитация оригинала. Наиболее остро данные требования применимы к протезам нижних конечностей, поскольку потеря последних приводит к резкому сокращению мобильности, и, как следствие, всей жизнедеятельности человека.
Модернизация протезов проявляется в первую очередь в модернизации их конструкции и применяемых материалов. Так, к концу XIX века основные компоненты протезов нижних конечностей изготавливались из стали, всё более вытесняя громоздкие деревянные конструкции и соответственно уменьшая общую массу. А уже с начала ХХ века стальные компоненты всё более вытеснялись алюминиевыми; с середины ХХ века - начал активно использоваться пластик и силикон [2]. Современные протезы имеют гидравлические, пневматические, гибридные гидравли-ко-пневматические приводы, микропроцессорную систему управления; активно используются композитные углеволокна; обеспечивается переменная жесткость за счет конструкции [3]. Значительную роль на технические характеристики и стоимость все больше влияет и технология производства протезов.
Наиболее перспективным путем удешевления производства протезов представляется применение цифровых аддитивных технологий. Проблема стоимости наиболее остро заметна в случае детей-ампутантов: протезы конечностей необходимо заменять как минимум каждые 2 года по мере роста ребенка. Применение аддитивных технологий позволяет сократить стоимость протеза с нескольких тысяч до порядка 50 долларов США. Кроме того, важным достоинством этого является возможность создать индивидуальный протез с учетом предпочтений ребенка [4].
Кастомизация протеза является безусловным преимуществом применения аддитивных технологий. Становится возможным не просто воспроизвести контуры тела максимально соответствующие отсутствующей конечности, но и превратить протез в устройство для хранения повседневных принадлежностей, или вообще, используя ряд декоративных накладных щитков не скрывать, а демонстрировать его как аксессуар [5].
Цифровые технологии, кроме собственно 3Б-печати, также могут способствовать уменьшению себестоимости протезов. К примеру посредством использования открытого исходного кода программ компании е-МЛБЬЕ можно сократить первоначальные временные и финансовые затраты на запуск производства протезов в любой точке мира [6].
Разумеется, применение аддитивных технологий в протезировании в настоящее время имеет существенное ограничение: 3Б-принтеры, печатающие углеволокном, все еще имеют высокую себестоимость, потому в большинстве своем не могут быть применены в производстве бюджетных протезов, вместо них используются принтеры, печатающие менее прочным ABS-пластиком [7].
Таким образом, в случае протезов верхних конечностей уже сейчас представляется возможным выполнение большинства компонентов полностью напечатанными. В случае протезов нижних конечностей пока что оптимальным является применение в качестве печати кастомизиро-ванных декоративных накладок, повторяющих контуры голени или бедра; использование при создании мастер-моделей для последующей отливки из более прочных материалов. Несмотря на это аддитивные технологии находят всё большее применение в повседневной жизни человека. Так, например, в октябре 2015 года компания Adidas заявила о запуске производства индивидуальной обуви для профессиональных спортсменов, изготовленной посредством 3Б-печати [8], а уже с ноября 2018 года началась массовая реализация такой обуви [9] - подобный опыт в смежных областях все быстрее приближает широкое применение аддитивных технологий в передовом протезировании.
Список литературы
1. Standards for Prosthetics and Orthotics. Part 1: Standards. - World Health Organization: 2017. - с. 28.
2. Vanderwerker, Е.Е. A Brief Review of the History of Amputations and Prostheses / Earl E. Vanderwerker // ICIB. - 1976. - Vol 15. - Num 5. - с. 15-16.
3. Endolite. Каталог компонентов для изготовления протезов нижних конечностей - 2018. - 1-е изд. - Endolite, февраль 2017. - 140 с.
4. Birrell, I. 3D-printed prosthetic limbs: the next revolution in medicine [Электронный ресурс] / Ian Birrell // The Guardian. - 19 фев. 2017. - Режим доступа: https://www.theguardian.com/technology/2017/feb/19/3d-printed-prosthetic-limbs-revolution-in-medicine. - (Дата обращения: 15.04.2019).
5. Kane, P. Being bionic: how technology transformed my life [Электронный ресурс] / Patrick Kane // The Guardian. - 15 нояб. 2018. - Режим доступа: https://www.theguardian.com/technology/2018/nov/15/being-bionic-how-technology-transformed-my-life-prosthetic-limbs. - (Дата обращения: 15.04.2019).
6. McCue, TJ. 3D Printed Prosthetics [Электронный ресурс] / TJ McCue // Forbes.
- 31 авг. 2014. - Режим доступа: https://www.forbes.com/sites/tjmccue/2014/08/31/3d-printed-prosthetics/#5170d9ff33b4. - (Дата обращения: 15.04.2019).
7. Копылов Евгений. Профессиональная FDM-печать. Новые материалы. Новые горизонты применения [Электронный ресурс] // Конференция Top 3D Expo 2018.
- 17 мая 2018. - Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?time_continue=2&v=o6Y7ao-I-zc. - (Дата обращения: 15.04.2019).
8. Adidas breaks the mold with 3D-printed performance footwear [Электронный ресурс] // Adidas. - 7 окт. 2015. - Режим доступа: https://news.adidas.com/futurecraft/adidas-breaks-the-mold-with-3d-printed-performance-footwear/s/8099a318-f9e7-45d8-9887-42c3dde5e6fd. - (Дата обращения: 15.04.2019).
9. Adidas 4D redefines running for your sport with all-new FW18 Alphaedge 4D [Электронный ресурс] // Adidas. - 14 нояб. 2018. - Режим доступа:
https://news.adidas.com/running/adidas-4d-redefines-running-for-your-sport-with-all-new-fw18-alphaedge-4d/s/2adc084e-0dda-4f4d-87b9-f6b2fda13d67. - (Дата обращения: 15.04.2019).
УДК 004.02
Курбесов Александр Валерианович,
доцент, канд. экон. наук, Туров Вадим Игоревич, старший преподаватель Кухаренко Eлизавета Александровна, старший преподаватель, Данилова Татьяна Викторовна, старший преподаватель,
ПРИМЕНЕНИЕ КАРТ КОХОНЕНА ДЛЯ АНАЛИЗА УРОВНЯ ЖИЗНИ НАСЕЛЕНИЯ И СОЦИАЛЬНОЙ СФЕРЫ ПО ГОРОДАМ
РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
Россия, Ростов-на-Дону, Ростовский государственный экономический университет («РИНХ»), akurbesov@yandex.ru
Аннотация. Целью работы является проведение кластерного анализа уровня жизни населения и социальной сферы субъектов Ростовской области с помощью самоорганизующихся карт Кохонена и обработка полученных результатов. Инструментом кластерного анализа выбрана нейронная сеть Кохонена, эмулируемая в среде IDE Visual Studio. В качестве субъектов авторам параметров обучения нейронной сети послужили четыре города. Городами-лидерами оказались: Ростов-на-Дону и Волгодонск, отстающими - Новочеркасск и Батайск. Экспериментальная обработка полученных кластеров проводилась в средеVisual Studio на основе визуализации многомерных данных с помощью самоорганизующихся карт Кохонена. Объективность полученных авторами результатов подтверждается их идентичностью с результатами кластерного анализа с помощью алгоритма k-means.
Ключевые слова: кластерный анализ, карта Кохонена, социально-экономические показатели, анализ уровня жизни.
Alexander V. Kurbesov,
Associate professor, K. E. N., Vadiv I. Turov, Teacher
Elisaveta A. Kukharenko, Teacher Tatiana V. Danilova,
Teacher.
APPLICATION OF KOHONEN CARDS FOR ANALYSIS OF LIVING STANDARDS OF POPULATION AND SOCIAL SPHERE BY CITIES
OF ROSTOV REGION
