Благодаря инновационной технологии 3D-печати, ученые смогли создать правдоподобную модель человеческой руки, что может существенно изменить подходы в медицинском образовании и сфере материаловедения. Специалисты из Техасского университета в Остине и Национальных лабораторий Сандия разработали методику, известную как «Регулирование кристалличности при аддитивном производстве термопластов» (CRAFT). Она дает возможность изготавливать трехмерные объекты с заданными механическими и оптическими характеристиками, например, жесткостью и прозрачностью, на уровне отдельных пикселей, при этом используя лишь один доступный по цене материал. Технология основана на изменении обычной жидкой смолы – циклооктена – в сложные твердые структуры посредством проецирования на нее переменной световой проекции с использованием стандартного 3D-принтера.
Суть прорыва, достигнутого командой, состоит в возможности управлять «молекулярной структурой» материала во время его отверждения, точно регулируя интенсивность света посредством полутоновых изображений. Благодаря этому, изменяя лишь световой поток, можно создать градиент свойств в одной детали: одна её часть станет твёрдой и прозрачной, а прилегающая – мягкой и непрозрачной. Используя эту технологию, учёные уже создали реалистичную модель человеческой руки из цельного материала, точно настроив его для имитации различных текстур, таких как кожа, связки, сухожилия и кости. Данный подход представляет собой привлекательную замену медицинским кадаврам, которые характеризуются высокой стоимостью, сложностью получения и этическими ограничениями, а также пластиковым моделям, не способным передать тактильные ощущения человеческих тканей.
В отличие от современных высокотехнологичных 3D-принтеров, которые нередко демонстрируют сложности в обеспечении надёжного соединения различных материалов, CRAFT позволяет создавать плавные переходы, напоминающие структуру природных биологических тканей. Это даёт студентам-медикам возможность практиковать хирургические навыки на реалистичных и износостойких моделях. Помимо использования в медицине, разработанный метод предоставляет перспективы для производства материалов, вдохновлённых биологическими структурами, например, для поглощения энергии в защитных шлемах и бронежилетах или для звукоизоляции. Технология также характеризуется своей экономичностью: для работы с CRAFT можно использовать распространённые 3D-принтеры с проекционной технологией, стоимость которых составляет приблизительно тысячу долларов. Несмотря на то, что материал не подлежит полной переработке, отпечатанные объекты можно переплавить или растворить для повторного применения, что способствует сокращению количества отходов.
Исследование в журнале Science.