نجح باحثون في جامعة تكساس في أوستن بالتعاون مع مختبر سانديا الوطني في الولايات المتحدة في تطوير تقنية جديدة للطباعة ثلاثية الأبعاد مكّنتهم من إنتاج نموذج واقعي ليد بشرية، يحاكي بدقة مكونات الجسم المختلفة مثل العضلات المرنة، والأربطة اللينة، والعظام الصلبة.

تقنية CRAFT: ثورة في الطباعة ثلاثية الأبعاد

تعتمد التقنية الجديدة على أسلوب مبتكر يحمل اسم

Crystallinity Regulation in Additive Fabrication of Thermoplastics (CRAFT)، ويتيح هذا الأسلوب تحويل مادة صناعية منخفضة التكلفة تُعرف باسم السيكلوأوكتين إلى مادة متعددة الخصائص قادرة على محاكاة أنسجة مختلفة داخل نموذج واحد.

ويُستخدم السيكلوأوكتين على نطاق واسع في الصناعة كقاعدة لإنتاج البوليمرات، وهو سائل عديم اللون. وتقوم تقنية CRAFT بتحويله إلى أجسام معقدة عبر إسقاط أنماط ضوئية مختلفة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد تجارية.

التحكم في الصلابة والمرونة باستخدام الضوء

تعتمد آلية العمل على التحكم في شدة الضوء المسلط أثناء عملية الطباعة، من خلال صور بتدرجات اللون الرمادي. وبفضل هذا الأسلوب، يمكن للباحثين:

جعل أجزاء معينة من النموذج صلبة وشفافة

الإبقاء على أجزاء أخرى ناعمة ومعتمة

إنشاء انتقالات سلسة بين الخصائص المختلفة دون الحاجة إلى مواد متعددة

وبهذه الطريقة، يمكن طباعة نموذج واحد من مادة واحدة، مع اختلاف واضح في القوام والخصائص الميكانيكية بين أجزائه.

نموذج يد بشرية يحاكي الواقع

خلال مرحلة الاختبار، نجح الفريق البحثي في طباعة نموذج ليد بشرية، تمكنوا فيه من محاكاة:

ملمس الجلد

مرونة الأربطة والأوتار

صلابة العظام

وهو إنجاز يصعب تحقيقه باستخدام تقنيات الطباعة ثلاثية الأبعاد التقليدية، التي غالبا ما تواجه مشكلات عند دمج مواد مختلفة داخل نموذج واحد.

حل لمشكلة ربط المواد المختلفة

تشير الدراسات إلى أن العديد من الطابعات ثلاثية الأبعاد المتقدمة تعاني من ضعف الترابط بين المواد المختلفة، ما يؤدي إلى تشقق أو انهيار النموذج عند نقاط الالتقاء.

وتتجاوز تقنية CRAFT هذه المشكلة من خلال إنشاء انتقالات تدريجية تحاكي البنية الطبيعية للأنسجة البشرية.

فوائد كبيرة للتعليم الطبي

يرى الباحثون أن هذه التقنية ستكون ذات قيمة خاصة في كليات الطب. ففي الوقت الحالي، يتدرب الطلاب على إجراء العمليات الجراحية باستخدام جثث بشرية، وهو أمر يرتبط بتحديات أخلاقية واقتصادية ولوجستية.

وتوفر النماذج المطبوعة بتقنية CRAFT بديلاً عمليا، حيث تتيح:

نماذج واقعية ومتينة

إمكانية الاستخدام المتكرر

تقليل التكاليف وصعوبات النقل والتخزين

تطبيقات مستقبلية خارج المجال الطبي

لا تقتصر استخدامات تقنية CRAFT على التعليم الطبي فقط، بل يمكن توظيفها أيضا في:

تصنيع مواد تمتص الصدمات في معدات الحماية، مثل الخوذ

تطوير مواد متقدمة لعزل الصوت

إنتاج هياكل تحاكي الخصائص البيولوجية للأنسجة الطبيعية

خطوة جديدة نحو مواد تحاكي الطبيعة

يمثل هذا الابتكار تقدما مهما في مجال المواد الذكية والطباعة ثلاثية الأبعاد، حيث يفتح الباب أمام إنتاج نماذج أكثر واقعية ووظيفية باستخدام مادة واحدة فقط، ما قد يُحدث تحولا كبيرا في الطب، والصناعة، والتعليم التقني.