Аддитивные технологии и мягкая робототехника в обучении ветеринаров на примере таза морских львов

Исследовательская группа из Университета Невады в Лас-Вегасе (UNLV) инициировала разработку, направленную на усовершенствование ветеринарной подготовки специалистов по морским млекопитающим с применением передовых аддитивных технологий. Основной задачей проекта является создание высокоточных трехмерных печатных моделей тазового пояса калифорнийского морского льва для отработки хирургических вмешательств. Эти синтетические конструкции демонстрируют высокую степень имитации физических свойств живой ткани, включая плотность, эластичность и характеристики кровотока, что является критически важным для реалистичной практики.

Для достижения анатомической точности в разработке моделей используется волюметрическая информация, полученная посредством компьютерной томографии (КТ) и магнитно-резонансной томографии (МРТ). Это позволяет воспроизвести сложную структуру органа или кости с высокой детализацией. Благодаря этому ветеринары получают возможность многократно практиковать сложные манипуляции, например, забор крови, в условиях, максимально приближенных к реальным, что ранее было затруднено без использования биологического материала. Работа, проведенная исследователями UNLV, была опубликована в журнале Scientific Reports, входящем в портфолио Nature.

Ключевым элементом инновации является интеграция принципов мягкой робототехники, которая позволяет имитировать упругость и сократительную способность естественных мышц. Мягкая робототехника, специализирующаяся на создании устройств из материалов, схожих с тканями живых организмов, открывает перспективы в медицине благодаря своей гибкости и безопасности. Эти разработки, черпающие идеи у беспозвоночных, таких как осьминоги, позволяют моделировать сложные движения и адаптацию к среде. Данное достижение представляет собой этически обоснованную альтернативу традиционному обучению, которое часто требовало использования кадаверного материала.

Помимо тренировочной функции, эти детализированные модели служат инструментом для персонализированного предоперационного планирования, учитывая уникальные анатомические особенности конкретного животного. Это слияние знаний из области сохранения дикой природы, инженерного дела в сфере робототехники и биомедицинских инноваций устанавливает новый стандарт в подготовке специалистов по работе с редкими и охраняемыми видами. Развитие таких симуляторов обеспечивает ветеринарам возможность оттачивать навыки, не прибегая к инвазивным методам на живых объектах, что представляет собой важный шаг в развитии гуманной медицины.

В контексте более широкого применения 3D-моделирования, подобные технологии используются для создания реалистичных моделей в других областях, например, для изучения морфометрии морских млекопитающих. В Университете UNLV уже доступны для ознакомления другие 3D-модели костей и суставов в библиотеке Лид. Подобные методики, основанные на точном сканировании и печати, демонстрируют потенциал для создания сложных систем, где различные части могут вкладываться друг в друга, повышая образовательную ценность.

Хотя некоторые исследования мягких роботов находятся на начальных стадиях, по прогнозам экспертов, рынок мягкой робототехники может достичь значительных объемов в ближайшие годы. Например, по одной из оценок, рынок, который в 2024 году оценивался в 4,78 млрд долларов США, может вырасти до 71,36 млрд долларов США к 2032 году при среднегодовом темпе роста 40,20%.