Jak druk 3D pomaga ratować zwierzęta

Druk 3D wywołał przełom w protetyce, czyniąc protezy bardziej dostępnymi dla ludzi w trudnej sytuacji finansowej czy dla szybko rosnących dzieci. Podobna rewolucja, o której szerzej piszemy w artykule o druku 3D w protetyce, ma miejsce w dziedzinie protetyki weterynaryjnej. Poznaj pomysłowe zastosowania druku 3D dla dobra zwierząt.

Jak druk 3D pomaga ratować zwierzęta

Korzyści płynące z druku 3D w protetyce i ortotyce nie ograniczają się wyłącznie do zastosowań u ludzi. Drukowane w technologii 3D protezy i ortezy dają zwierzętom z niepełnosprawnościami, poważnymi ranami lub starszym i schorowanym pupilom dłuższe życie, większy komfort i mobilność. Dowiedz się, jak inżynierowie, organizacje pomocy zwierzętom oraz zwykli ludzie pomagają najbardziej potrzebującym zwierzakom.

Protetyka zwierząt - trudne początki i szybki rozwój

Początki protetyki i ortotyki weterynaryjnej

Protetyka weterynaryjna to nowa dziedzina, która pojawiła się niecałe 40 lat temu. W 1985 roku, Dr. Barrie Grant z Washington State University stworzył protezę dla cennego ogiera. Dziesięć lat później, ranna klacz stała się inspiracją dla stworzenia pierwszej końskiej ortezy, którą stworzył Ronnie Graves, osoba po amputacji i właściciel firmy Prosthetics Research Specialists Inc. Przez wiele lat protetyka i ortotyka weterynaryjna były jednak w zastoju.

Rozwój tej dziedziny utrudniał brak wystarczającej wiedzy weterynaryjnej, kosztowna produkcja, a przede wszystkim podejście właścicieli do zwierząt, które były uważane bardziej za własność niż członków rodziny. Trudno się dziwić, że to właśnie konie jako pierwsze otrzymały protezy. Niezwykle wysokie ceny zakupu tych zwierząt, możliwość dalszych korzyści z rozmnażania silnych osobników i chęć utrzymania długich linii rodowodowych motywowała właścicieli do inwestycji.

W ostatnich latach świadomość społeczna dotycząca odpowiedzialności wobec rannych i chorych zwierząt, oraz roli człowieka w zagrożeniach, z którymi zmagają się zwłaszcza dzikie gatunki, wzrosła. Tworzenie protez i ortez dla zwierząt nie jest jednak proste.

Zwierzęta mają szczególne wymagania, które różnią się od ludzkich. Kończyny zwierząt są wystawione na inne obciążenia, drobniejsze ciała utrudniają mocowanie protez, a przede wszystkim, zwierzętom trudno im wytłumaczyć, że proteza czy orteza jest założona dla ich dobra. Dlatego zwierzęce protezy muszą być niezwykle dokładnie dopasowane i jak najbardziej dostosowane do naturalnego sposobu poruszania się zwierzęcia, aby nie próbowało samo jej sobie ściągnąć.

Druk 3D przyniósł rozwiązanie wielu problemów, które stały na drodze rozwoju protetyki i ortotyki weterynaryjnej:

• skanowanie przestrzenne pozwala na dokładne dopasowanie protezy do ciała zwierzęcia,
• praca na plikach cyfrowych, szybkość pracy drukarki i niska cena materiałów ułatwia prototypowanie,
• druk 3D pozwala tworzyć protezy, które są elastyczne w określonych miejscach, a sztywne w innych, przepuszczają powietrze na całej powierzchni i są wodoodporne, co zapewnia wygodniejsze i dokładniejsze dopasowanie,
• druk 3D umożliwia tworzenie lekkich, a jednocześnie wytrzymałych struktur, które minimalizują dyskomfort zwierzęcia,
• całkowity koszt produkcji znacznie spada, czyniąc protezy bardziej dostępnymi.

Czy i kiedy zwierzęta potrzebują protez?

Protezy mogą dosłownie uratować życie zwierząt, zastępując części ciała potrzebne do wykonywania podstawowych funkcji życiowych, takich jak odżywianie się. Dlatego wśród przykładów zastosowania druku 3D do ratowania zwierząt często znajdziemy drukowane w 3D dzioby czy płetwy dla zwierząt pływających. W przypadku koni, proteza nogi może uchroni zwierzę przed eutanazją i umożliwić dalsze życie w stadzie, a nawet rozród.

Ale co jeśli zwierzę nie potrzebuje protezy, aby przeżyć?

Przez wiele lat panowało przekonanie, że czworonogi takie jak psy lub koty, które straciły jedną kończynę nie potrzebują protez, gdyż mogą się przyzwyczaić do poruszania na trzech nogach. Jednak nawet jeśli zwierzę może poruszać się bez brakującej kończyny, dodatkowe, nierówno rozłożone obciążenie prowadzi do bólu, a w dalszej perspektywie deformacji mięśni i kości. Proteza może nie tylko zapewnić pupilom większy komfort, ale i dłuższe życie.

To, czy zwierzę może otrzymać protezę zależy jednak w dużej mierze od konkretnej rany lub ubytku kończyny, od stanu zdrowia, osobowości i zdolności adaptacji. Bardzo ważna jest też stała opieka i monitorowanie, aby zapobiec dalszym obrażeniom od źle dopasowanej czy uszkodzonej protezy.

Protezy dla zwierząt drukowane w 3D - nogi, dzioby i ogony

Drukowane w 3D protezy dla zwierząt możemy podzielić na kilka kategorii.

U zwierząt z ubytkiem kończyny stosuje się protezy pełne lub częściowe, zakładane na tułów lub dopasowane dokładnie do kikuta. Takie protezy muszą być poddawane regularnej konserwacji i wymienianie, kiedy zwierzę z nich wyrośnie.

Dla psów i kotów, które mają dwie zdrowe kończyny często zamiast protez stosuje się wózki inwalidzkie wyposażone w kółka, które pozwalają biegać i bezpiecznie poruszać się na zewnątrz.

Inną kategorią są protezy - implanty, które wszczepia się do ciała na stałe, takie jak dzioby.

Druk 3D pozwala dopasować każdą protezę do konkretnego zwierzęcia, wykonywane są więc na zamówienie. Najlepsze rezultaty można uzyskać przy użyciu specjalistycznych drukarek, często w technologii SLS - z proszku spiekanego laserem, lub SLA - z żywicy polimerowej. Jeśli chcesz zrozumieć, jak działa druk 3D i jakie technologie wykorzystuje takie jak SLS, SLA czy FDM, sprawdź nasz kompletny przewodnik. Bardzo ważne są też wysokiej jakości skany przestrzenne i wkład specjalistów, weterynarzy i protetyków, dlatego produkcją protez drukowanych w 3D często zajmują się dedykowane firmy, lub organizacje opiekujące się zwierzętami we współpracy ze specjalistami od druku 3D. Jednak przy odpowiednio dobrym przygotowaniu i wiedzy protezy dla zwierząt mogą drukować także amatorzy i wolontariusze. Druk 3D sprawia, że pomoc dla naszego zwierzaka jest na wyciągnięcie ręki - nawet jeśli sami nie znamy się na druku addytywnym, w Sieci możemy znaleźć hobbystów, pasjonatów czy studentów inżynierii, którzy podejmą się pomocy nawet za darmo. Jeśli sam chcesz spróbować druku 3D, sprawdź dostępne filamenty do drukarek 3D w naszym sklepie.

Znane firmy, które produkują protezy dla zwierząt to m.in 3DPets i Bionic Pets z USA.

Poznaj przykłady drukowanych w 3D protez, które zmieniły życie zwierząt.

Pies Naki'o znów na czterech łapach

W 2011 roku mieszaniec Naki'o z Colorado przeszedł amputację wszystkich czterech łap w wyniku odmrożeń. Naki'o, wtedy jeszcze szczeniak, został adoptowany przez asystentkę weterynaryjną Christie Pace. Na początku poruszał się na kikutach, ale uszkodzone nogi wkrótce okazały się za słabe, aby unieść wagę rosnącego psa. Dzięki pomocy firmy OrthoPets, Naki'o otrzymał drukowane w 3D protezy wszystkich 4 nóg, które zginały się w stawach i pozwalały nie tylko się poruszać, ale nawet pokonywać tory treningowe. Historia Naki'o stała się inspiracją dla programów pomocy dla zwierząt z ubytkami kończyn, a on sam, psią gwiazdą i symbolem niezłomności.

Noga dla kozy Zeldy

Koza Zelda z Ohio odniosła poważne obrażenia. Zelda trafiła pod opiekę studentki i właścicielki schroniska Homestead Farm's Rescue, Abby Butcher, ze zmiażdżoną rzepką, zwichniętym ramieniem, odsłoniętą kością oraz uszkodzonymi ścięgnami. Konieczna była amputacja nogi, która została przeprowadzona w szpitalu Ohio State University. Operację opłaciły datki od społeczności, która poznała historią Zeldy w mediach społecznościowych. Przy pomocy Dr. Grega Rothwell'a, który prowadzi przestrzeń Makerspace przy Lake Erie College, Butcher stworzyła drukowaną w 3D protezę nogi dla Zeldy, która pozwala jej biegać, skakać i rozrabiać.

Słoń Chhouk odzyskuje sprawność po wpadnięciu w sidła

10 letni słoń Chhouk stracił część przedniej nogi w wyniku ran spowodowanych przez kłusownicze sidła. Słonik został odłowiony po dwóch tygodniach, cierpiąc przez infekcje i niedożywienie. Choć ten incydent mógł zakończyć jego życie przedwcześnie, dzięki wysiłkom zespołu z Cambodian School of Prosthetics and Orthotics (CSPO) Chhouk znowu chodzi z drukowaną w 3D protezą. Jako, że słonik dalej rośnie, proteza musi być wymieniana co 6 miesięcy.

Drukowany dziób dla pingwina z polskiego Zoo

W Zoo w Warszawie w 2014 roku miał miejsce pierwszy w Europie, i drugi na świecie przeszczep dzioba wydrukowanego w 3D. Wydrukowany w 3D implant otrzymał pingwin, który zranił się w niewoli i stracił możliwość czesania piór lub jedzenia. Ze względu na trudności w skanowaniu dzioba żywego pingwina, którego nie można było unieruchomić do przeprowadzenia skanu, jako model posłużył dziób niedawno zmarłego pingwina.

Bagpipes - pingwin, który otrzymał nową płetwę po 10 latach

Kolejny pingwin o imieniu Bagpipes, znajdujący się pod opieką International Antarctic Centre w Christchurch od 2007 roku, przez 10 lat kuśtykał na kikucie płetwy. Ten sposób poruszania prowadził niestety do nawracających otarć i ran. Komfort w dalszych latach życia zapewniła pingwinowi wydrukowana w 3D proteza, zaprojektowana przez Dr. Don'a Clucas z University of Canterbury. Dr. Clucas wyjawił, że zeskanowanie płetwy ruchliwego pingwina było prawdziwym wyzwaniem, ale druk 3D pozwolił na stworzenie kilku prototypów z plastiku, a następnie protezy z plastiku i gumy, która zapewniała większą elastyczność.

AKUT - żółw karetta, który odzyskał szczękę

AKUT to żółw karetta, który znalazł się pod opieką Centrum Badań, Ratownictwa i Rehabilitacji Uniwersytetu Pamukkale po zderzeniu z łodzią. W wypadku żółw stracił 60% swojej szczęki, co nie dawało mu szans na przeżycie. Jego opiekunowie sięgnęli jednak po pomoc inżynierów z firmy Btech Innovation, którzy na podstawie skanów opracowali model szczęki.

Implant dla AKUT został wydrukowany z tytanu klasy medycznej. Operacja założenia implantu trwała 2,5 godziny, z udziałem chirurgów i weterynarzy. Więcej o zastosowaniach druku 3D w medycynie, w tym o drukowanych implantach i tkankach, przeczytasz w naszym osobnym poradniku.

Fred - nowe życie (i skorupa) żółwia ocalałego z pożaru

Żółw Fred z Brazylii, który stracił ponad 85% skorupy w wyniku pożaru, nie przeżyłby, gdyby nie grupa wolontariuszy “Animal Avengers”. Wolontariusze wykorzystali 40 zdjęć skorup zdrowych żółwi i spędzili ponad 50 godzin drukując protezę w czterech kawałkach. Choć Animal Avengers mieli do dyspozycji tylko biurkową drukarkę FDM na plastikowy filament, z pomocą lokalnego artysty, który pomalował wydruk, stworzyli sztuczną skorupę, która wygląda jak żywa. Do prostszych projektów na biurkowej drukarce FDM, jak sztuczna skorupa żółwia Freda, dobrze sprawdzą się filamenty PLA.

Grecia - pierwszy tukan, który otrzymał protezę dzioba

Tukan Grecia z Kostaryki przeżyła brutalny atak przez nastoletnich sprawców, w wyniku którego straciła ponad połowę górnej części dzioba. Dla tukana jest to bardzo poważna rana, gdyż te ptaki potrzebują dziobów do jedzenia, porozumiewania się ale także regulowania temperatury.

Choć rokowania dla Grecji nie były dobre, jej historia wzruszyła wielu ludzi. Jej historia dotarła do firmy z USA zajmującej się drukiem 3D, która wykonała implant na podstawie skanu dzioba innego, zmarłego tukana. Grecia pomyślnie przeszła rehabilitację i stała się symbolem walki z okrucieństwem wobec zwierząt w Kostaryce.

Aligator Mr Stubbs odzyskuje ogon

Aligator, który stracił ogon podczas transportu przez nielegalnych handlarzy, Mr Stubbs, przez lata żył z protezą wykonaną z odlewu ogona innego, zmarłego aligatora. Stara proteza nie była jednak dobrze dopasowana i ograniczała jego ruchy. Justin Georgi, profesor nadzwyczajny anatomii na Uniwersytecie Midwestern w Glendale w Arizonie wraz ze studentem programu magisterskiego, z pomocą firmy STAX3D i specjalistycznych skanerów Artec 3D stworzyli nową, zaawansowaną protezę dla Pana Stubbs'a. Aligator przyzwyczaił się do nowego ogona i nauczył się z nim poruszać, a jednocześnie - poruszył ludzkie serca. Dr. Georgi wyjawił, że rozmawiał z ludźmi, którzy identyfikowali się z Panem Stubbs'em - historia aligatora podniosła ich na duchu i sprawiła, że lepiej czują się z własnymi protezami.

Ortezy dla zwierząt - od psów i kotów po żółwie

Ortezy dla zwierząt drukowane w technologii 3D nie różnią się specjalnie od ortez dla ludzi, i działają na podobnej zasadzie, odciążając mięśnie i stawy. Najczęściej orteza przyjmuje formę wzmocnionego, ruchomego rękawa lub sztywnego kołnierza. Ortezy mogą służyć do rehabilitacji starszych zwierząt, które cierpią na zwyrodnienia stawów, dla zwierzaków, które w wyniku wypadków lub od urodzenia mają problemy z kręgosłupem, mięśniami czy stawami, a także jako wsparcie dla otyłych pupili, umożliwiające ćwiczenia w odciążeniu. Specjalne ortezy stosuje się także aby mitygować efekty rzadkich lub trudnych w leczeniu schorzeń, takich jak wodogłowie, otwory w czaszce, czy uszkodzenia skorup żółwi.

Ważną rolę w rozwoju ortez weterynaryjnych gra WIMBA, polski start-up, który pomaga zwierzętom nie tylko w naszym kraju.

Przedstawiamy przykłady ortez, dzięki którym zwierzęta zyskują szansę na godne życie.

Hełm dla kozy Bo

Każdy, kto kiedyś widział kozę wie, że te zwierzęta kochają dokazywać stukać głowami. Ta rozbrykana natura sprawia, że kozy takie jak Bo, która urodziła się z dziurami w czaszce, są w jeszcze większym niebezpieczeństwie. Aby zapewnić jej większy komfort i ochronić jej wrażliwą głowę, sanktuarium Goats of Anarchy z USA, zajmujące się niepełnosprawnymi kozami, zamówiło drukowany w 3D hełm. Projekt wykonały firmy Dive Design i 3D Pets. Konstrukcja z TPU jest częściowo sztywna, a częściowo elastyczna, co pozwala na dokładne dopasowanie. Do konstrukcji częściowo sztywnych, a częściowo elastycznych, jak hełm kozy Bo, przydają się elastyczne filamenty TPU. Hełmy takie jak otrzymała Bo mogą nosić także np. psy i koty z deformacjami czaszki. Zwierzęta, które dalej rosną regularnie potrzebują nowych hełmów, ale druk 3D sprawia że wydrukowanie nowej ortezy dopasowanej do większego rozmiaru głowy nie jest problemem.

Charlotte - żółw z uszkodzoną skorupą znów pływa

Charlotte, omyłkowo nazwany żeńskim imieniem, to samiec zielonego żółwia morskiego znajdujący się pod opieką Mystic Aquarium w Connecticut. Jak coraz więcej podobnych mu żółwi, Charlotte odniósł obrażenia przy kolizji z łodzią. Uszkodzenia skorupy i kręgosłupa spowodowane przez łódź doprowadziły do syndromu potocznie nazywanego Bubble Butt, lub syndromem dodatniej wyporności. Powietrze zostaje uwięzione pod skorupą żółwia i sprawia, że tylna część ciała unosi się ponad przednią, uniemożliwiając pływanie i zdobywanie pożywienia.

Nadzieją dla żółwi takich jak Charlotte jest sztuczne obciążenie skorupy. Nie jest to jednak proste. Zespół Mystic Aquarium próbował przytwierdzać obciążniki bezpośrednio do skorupy Charlotte, ale klej wywoływał podrażnienia. Natomiast materiałowy pas z obciążnikami za bardzo przeszkadzał żółwiowi - Charlotte sam go sobie zdjął, ocierając się o brzegi akwarium.

Na rozwiązanie wpadł nie naukowiec, ale uczennica liceum, Gabriela Queiroz Miranda, która zaprojektowała drukowany w 3D obciążony pas dla klasowego żółwia. Zainspirowani projektem Mirandy, weterynarze z Mystic Aquarium skontaktowali się z firmą Adia z Connecticut, oferującą usługi druku 3D. Specjaliści z Adia współpracowali z Functional 3D Team, ekspertami w dziedzinie skanowania przestrzennego aby stworzyć dopasowaną do skorupy Charlotte obciążoną ortezę.

Orteza została wykonana metodą SLS (Selective Laser Sintering) na drukarce Formlabs Fuse Series z proszku Nylon 11 CF marki Formlabs, utwardzanego laserem. Konstrukcja jest dopasowana, a przy tym ma pewien poziom elastyczności, dzięki czemu umożliwia Charlotte pływanie. Ilość obciążników była stopniowo zwiększana, aby przyzwyczaić zwierzę do nowego ciężaru.

Czy zwierzęta z protezą mogą zostać wypuszczone na wolność?

W znacznej większości przypadków dzikie zwierzęta, które otrzymają protezy lub ortezy nie mogą zostać wypuszczone na wolność, i resztę życia spędzają w rezerwatach pod opieką specjalistów. Chociaż protezy drukowane w technologii 3d pomagają przywrócić zwierzętom mobilność i umożliwiają przyjmowanie pożywienia, ich sprawność jest ograniczona w porównaniu ze zdrowymi osobnikami. To sprawia, że zwierzęta, które otrzymały protezę są łatwiejszym celem dla drapieżników. Z drugiej strony, spożycie takiej ofiary stanowi także zagrożenie dla drapieżnika, gdyż po spożyciu syntetyczne części protezy mogą spowodować poważne problemy zdrowotne, a nawet śmierć.

Zwierzęta z protezami są też narażone na infekcje w przypadku uszkodzenia protezy. Dlatego niezbędna jest obserwacja i regularna konserwacja protezy.