لقد تعلم العلماء الروس تقييم جودة سطح الغرسات الطبية بدقة تصل إلى 98٪

في كل عام، يتم استبدال مفاصل الورك أو الركبة التالفة لآلاف الأشخاص حول العالم بمفاصل اصطناعية – مفاصل صناعية. غالبًا ما تكون مصنوعة من التيتانيوم: هذا المعدن متين ولا يرفضه الجسم ويمكن أن يستمر لسنوات. لكن نجاح نقشها لا يعتمد فقط على المادة، بل على سطحها أيضًا. تساعد بعض الخشونة في نمو أنسجة العظام داخل الزرعة، أي “التشبث” بها حرفيًا. لكن السلس للغاية أو، على العكس من ذلك، يمكن أن يؤدي الفوضى إلى الرفض – يحدث هذا في 5٪ من الحالات. لذلك، يحتاج المصنعون إلى أن يكونوا قادرين على إنشاء إغاثة دقيقة مثالية على غرسات التيتانيوم – مع حفر ودرنات بعمق وشكل معين. لهذا الغرض، يتم استخدام آلات التفريغ الكهربائي اليوم. تخيل أنك قادر على التحكم في عاصفة رعدية، من خلال استدعاء صواعق البرق الصغيرة حيث تحتاج إليها وجعلها تقطع أي شكل هندسي إلى معدن. هذه هي الطريقة التي تعمل بها بالضبط: تنطلق شرارات مجهرية بين الجزء والأداة، كل واحدة منها تسخن سطح المادة إلى آلاف الدرجات، وتذوب جزيئاتها الدقيقة وتتبخر. التأثير بعد التأثير – ويتشكل التضاريس المرغوب فيه على السطح. الميزة الرئيسية لهذه الطريقة هي القدرة على معالجة السبائك فائقة القوة التي لا تستطيع الآلات التقليدية (القطع والحفر والطحن) التعامل معها. ومع ذلك، فإن هذه التكنولوجيا لديها مشكلة خطيرة: الشرر يضرب بشكل عشوائي. من المستحيل التنبؤ بالمكان الذي سيأتي فيه التفريغ التالي، أو ما هو عمق وشكل الانبعاج. لا تستطيع برامج النمذجة ثلاثية الأبعاد الحالية القيام بذلك، وتتطلب الحسابات الدقيقة أجهزة كمبيوتر فائقة السرعة وأيام من الانتظار – وهذا غير ممكن في الإنتاج. لذلك، يتصرف المصنعون عن طريق التجربة والخطأ. نتيجة لذلك، بدلا من Microrelief المثالي، تظهر فوضوية على سطح الزرع – فترات استراحة عميقة للغاية أو حواف حادة. ليس لدى الأنسجة العظمية ما يمكن الإمساك به، وإلا فإنها ستصاب. والنتيجة هي خطر الرفض والعمليات المتكررة. لحل هذه المشكلة، قام علماء بيرم بوليتكنيك، ولأول مرة في روسيا، بتطوير نموذج حاسوبي ثلاثي الأبعاد جديد بشكل أساسي يتنبأ بدقة تصل إلى 98٪ بالضبط كيف ستغير شرارة كهربائية سطح الغرسة. سيسمح ذلك للمصنعين مسبقًا، حتى قبل بدء تشغيل الماكينة، بحساب وضع المعالجة المطلوب في ثوانٍ والحصول على السطح المثالي للمنتج. تم نشر المقال في مجموعة وقائع مؤتمر “أنظمة التحكم الآلي وتقنيات المعلومات”. يعتمد على معلمتين: طاقة التأثير وخصائص المعادن. يقوم البرنامج باستبدالها في الصيغة وفي ثوانٍ ينتج النتيجة النهائية – عمق الحفرة، وشكل الحفرة، وخشونة السطح. وهذا يختلف عن الأساليب الحالية، التي تتطلب قوة حاسوبية عملاقة ونمذجة مفصلة لفيزياء كل شرارة. ولاختبار كيفية عمل النموذج، أجرى العلماء سلسلة من التجارب الحسابية. قمنا بتعيين معلمات شرارة واحدة في البرنامج، ثم بدأنا في “ضربها” على جزء فولاذي افتراضي. أظهر الحساب أنه تتم إزالة كمية مجهرية من المعدن في عملية تفريغ واحدة. ولا يمكن رؤيته بالعين المجردة. ولكن عندما يكون هناك الآلاف من هذه التأثيرات، يتشكل ثقب ملحوظ من هذه الجزيئات الصغيرة. – بعد 10000 شرارة، تشكلت حفرة بعمق 0.05 ملم على السطح – تقريبًا سمك شعرة الإنسان. عند 50000 عملية تفريغ، تعمقت الحفرة إلى 0.25 ملم. وبعد 100000 شرارة – ما يصل إلى 0.5 ملم. لقد اكتشفنا نمطًا واضحًا: كلما زاد عدد مرات التصريف، زاد عمق الحفرة. وأكدت هذه النتيجة أن النموذج يعمل بشكل منطقي ويمكن التنبؤ به. قال دانييل كوروشين، الأستاذ المشارك في قسم تكنولوجيا المعلومات والأنظمة الآلية في PNRPU، مرشح العلوم التقنية: “عند مقارنة الحسابات مع التجارب الحقيقية، وصلت دقة التنبؤ إلى 98٪، ويستغرق الحساب بضع ثوان”. دانييل كوروشين، أستاذ مشارك في قسم تكنولوجيا المعلومات والأنظمة الآلية في PNIPU، مرشح العلوم التقنية / © الخدمة الصحفية لـ PNRPU بالإضافة إلى ذلك، جعل العلماء نموذجهم مرئيًا. وكتبوا برنامجًا لا ينتج ذلك أرقامًا فحسب، بل يُظهر على الفور النتيجة في شكل صورة ثلاثية الأبعاد. يقوم المهندس بتحميل المنتج بالرسم عليه، ويحدد معلمات المعالجة، ويظهر النموذج ثلاثي الأبعاد النهائي للسطح على الشاشة. يمكنك معرفة مكان الثقوب، ومدى عمقها، ومدى خشونة الجزء في الممارسة العملية، على سبيل المثال، تقوم الشركة المصنعة للغرسات الطبية بتحميل نموذج لزرع الورك في البرنامج، ثم يقوم بتعيين معلمات المعالجة فيه – القوة الحالية والجهد ومدة النبض. يحسب النظام كيفية تشكل السطح وينتج خريطة ملونة لأعماق حفر التآكل. إذا تبين أن الخشونة غير كافية أو مفرطة في أي منطقة، يقوم الفني بضبط أوضاع المعالجة حتى قبل بدء تشغيل الجهاز الفعلي، مما يسمح لك بتحقيق سطح مثالي للتكامل العظمي – نمو الأنسجة العظمية في الغرسة، وفي النهاية، سيحصل المرضى على أطراف صناعية أفضل وأكثر قابلية للتنبؤ بها مع عملية تخفيف دقيقة مختارة بشكل مثالي، مما سيزيد من نجاح العملية. التطعيم وتقليل مخاطر إعادة العمليات يفتح تطوير علماء بيرم بوليتكنيك الطريق لإنشاء أجهزة محاكاة حاسوبية يمكن الوصول إليها، فبدلاً من الاضطرار إلى التعلم من قطع العمل باهظة الثمن والمخاطرة بإتلاف الجزء، يمكن للمشغلين ممارسة مهاراتهم في بيئة افتراضية ويمكن للمصنعين التنبؤ بجودة السطح مسبقًا، مما يقلل من نسبة العيوب وتكلفة المنتجات.