Зеленая морская черепаха избавилась от синдрома «пузырчатой задницы» благодаря 3D-печати

Как давний любитель животных и человек, который всегда был очарован технологиями, я нахожу историю черепахи Шарлотты и ее напечатанной на 3D-принтере упряжи поистине трогательной и вдохновляющей. За свою карьеру я работал с различными животными и воочию видел проблемы, с которыми они сталкиваются из-за травм или инвалидности, которые могут ограничить качество их жизни. Это инновационное решение не только улучшает повседневное функционирование Шарлотты, но и дает надежду другим черепахам, оказавшимся в аналогичных обстоятельствах.

Еще в 2008 году меня, выносливую зеленую морскую черепаху по имени Шарлотта, сбила лодка. Эта неудачная встреча оставила у меня состояние, известное как «пузырьковая задница», синдром плавания, который не позволяет мне нырять. Большинство черепах с подобными заболеваниями обычно погибают в море из-за неспособности добывать пищу, отдыхать и уклоняться от хищников, таких как акулы, оставаясь при этом на поверхности. Однако у судьбы, похоже, были насчет Шарлотты другие планы.

Шарлотта избежала стать добычей акулы или погибнуть от голода, оказавшись в океане. Вместо этого она была спасена вскоре после инцидента с лодкой, а позже нашла постоянный дом в Mystic Aquarium в Стонингтоне, штат Коннектикут, где ей была оказана квалифицированная помощь. Это была ее первая удача. Ее второй счастливый случай произошел, когда было создано партнерство: Adia, фирма, специализирующаяся на технологиях 3D-печати; Formlabs, один из ведущих мировых производителей 3D-принтеров; и New Balance Athletic, известный бренд спортивной одежды из Бостона. Это трио выбрало Шарлотту в качестве демонстрационного проекта, фактически превратив ее в океанический эквивалент Оскара Писториуса, только без судимости.

Вес и диета

Морские черепахи — это рептилии, живущие в океане, в отличие от рыб, у них нет жабр, и вместо этого они дышат воздухом с поверхности. Их легкие имеют решающее значение для контроля плавучести, позволяя им оставаться на дне океана в течение длительного времени или плавать на определенной глубине. Морская черепаха может регулировать свою глубину, вбирая в себя ровно столько воздуха, который помогает ей достичь нейтральной плавучести.

По сути, легкие черепахи выполняют двойную функцию: они хранят кислород и помогают поддерживать желаемое положение под водой. К сожалению, Шарлотта и несколько других черепах страдают от состояния, называемого «синдромом пузырьковой задницы», при котором образуются газовые карманы, что приводит к повышенной плавучести, как объяснил Алекс Пестана, менеджер Formlabs, который помогает Шарлотте с этой проблемой.

Двумя основными причинами появления газовых карманов у черепах являются пластик и удары лодок.

Если черепаха ест предметы, которые она не может разрушить, например леску, полиэтиленовые пакеты или даже резиновые перчатки (хотите верьте, хотите нет, но одна из них была найдена в пищеварительной системе морской черепахи), эти предметы могут застрять где-то в ее пищеварительной системе. Эта закупорка может привести к скоплению газа в этой области, что нарушает естественную плавучесть черепахи.

Во многих случаях газы накапливаются в участках пищеварительной системы черепахи, расположенных ближе к ее хвостовому концу, в результате чего черепаха плавает задним концом вверх под необычным углом. Иногда это состояние можно облегчить путем корректировки диеты, искусственного кормления, жидкостной терапии и других нехирургических методов, позволяющих безопасно вернуть пострадавших черепах в их естественную среду обитания. Однако столкновения с лодками часто приводят к необратимому ущербу.

Твердые панцири морских черепах прочны, но уязвимы при столкновениях с лодками, особенно когда в панцирь ударяется гребной винт. Такие удары часто вызывают деформацию и захват пузырьков воздуха внутри оболочки. В более крайних случаях спинной мозг под оболочкой может получить повреждение, приводящее к полному или частичному параличу.

Самый популярный подход к реабилитации этих травм заключается в приклеивании заплаток-липучек к корпусу в тщательно выбранных местах и прикреплении к этим заплаткам грузов, чтобы противодействовать плавучести, создаваемой пузырьками воздуха. Это довольно трудоемкая задача, которую приходится повторять каждые несколько месяцев на протяжении всей оставшейся жизни черепахи. А зеленые морские черепахи могут жить до 80 лет.

Использование передового производства

Из-за того, что Шарлотта, морская черепаха, которая была ранена в результате столкновения с лодкой и не могла нормально плавать, а также не могла быть выпущена обратно в дикую природу, Mystic Aquarium искала способы улучшить качество ее жизни. Поскольку полное выздоровление было невозможно, они обратились к Адии, которая обратилась за помощью к New Balance и Formlabs. Их план состоял в том, чтобы заменить громоздкие ремни-липучки на более удобные ремни безопасности, способные выдерживать вес, что облегчило бы жизнь как Шарлотте, так и ее опекунам.

Процесс начался со сканирования оболочки Шарлотты с использованием 3D-технологии, которая послужила основой для команды дизайнеров New Balance, работающей с вычислительными методами. Однако эта задача оказалась весьма сложной.

Прежде всего важно отметить, что черепахи, как и другие рептилии, продолжают расти на протяжении всей своей жизни, хотя скорость их роста значительно снижается, когда они достигают зрелости. Более того, панцирь черепахи со временем развивается, при этом некоторые характеристики теряются и заменяются новыми. Эти постоянные изменения сделали нецелесообразным постоянное прикрепление к ним грузов.

Время от времени воздушные карманы внутри панциря Шарлотты тоже перемещались, что требовало, чтобы ремни безопасности были спроектированы так, чтобы регулировать размещение веса. Со временем, из-за плавания под необычным углом в 45 градусов в течение многих лет, Шарлотта использовала преимущественно передние ласты, в результате чего ее задние ноги ослабли и истощились.

Будучи восторженным поклонником, я отправился в путешествие, целью которого было помочь Шарлотте вновь обрести уверенность в своих задних ластах. Сначала я осторожно корректировал ее положение с помощью легких гирь, обеспечивая постепенный наклон. Со временем я постепенно увеличивал вес, позволяя ей наращивать силу и знакомство.

После того, как компания New Balance усовершенствовала свою конструкцию универсального ремня безопасности, чертежи CAD (компьютерного проектирования) были отправлены в Formlabs для 3D-печати. Затем команда Пестаны подготовила эти проекты для 3D-печати с помощью процесса, известного как нарезка, при котором цифровая модель разбивается на чрезвычайно тонкие слои. Эти нарезанные модели впоследствии были использованы в 3D-принтере Formlabs Fuse 1 SLS (селективное лазерное спекание). Как описал Пестана, этот метод включает в себя нагревание и плавление мелкого пластикового порошка, похожего на песок. Затем лазер обрисовывает изображение каждого слоя на порошке, начиная с основания модели, и процесс повторяется с новыми слоями до тех пор, пока не будет напечатан конечный продукт.

Будущий уход за черепахами

В декабре 2024 года Шарлотте надели шлейку, и ее кураторы сообщают, что она чувствует себя хорошо и добилась успехов в перемещении задних ласт. Тем временем такие организации, как Aida, New Balance и Formlabs, рассматривают возможность расширения этого метода в более широком масштабе. Как объясняет Пестана, существует множество случаев, подобных случаю с Шарлоттой: как минимум четыре других аквариума в США обращались к ним по поводу аналогичных проблем. В США и во всем мире обитает множество черепах, таких как Шарлотта.

3D-печать оказывается чрезвычайно полезной для оказания помощи раненым животным благодаря экономичному и малообъемному подходу к производству, который позволяет создавать сложные конструкции, адаптированные к уникальному состоянию каждого животного. Как объяснил Пестана Ars, эти конструкции часто очень сложны и должны быть адаптированы специально для животного и полученной им травмы. Обычные методы потребуют создания вручную — трудоемкого процесса, который может не привести к созданию конструкций, оптимально спроектированных для выдерживания требуемых нагрузок.

Adia и New Balance стремятся создать совместную работу с партнерами, которая сможет упростить и автоматизировать производство шлейок для черепах, страдающих синдромом плавания. В идеале мы ищем эффективные и удобные для пользователя рабочие процессы, поскольку многие люди могут не иметь опыта проектирования САПР. Наша конечная цель — разработать систему, в которой вы сможете просто сканировать панцирь черепахи и создавать конструкцию ремня безопасности, которую можно будет напрямую перенести в систему SLS для производства деталей конечного использования. По сути, мы стремимся достичь состояния, в котором этот процесс будет плавным и простым, и именно над этим мы сейчас и работаем.

Смотрите также

2024-12-21 18:24