Создан робот, способный осуществлять операции, связанные с трепанацией черепа

Трепанация черепа

13 марта 2020 г. 9:07

Пациенты с раком имеют подавленную иммунную систему и более восприимчивы к инфекциям.

12 марта 2020 г. 8:26

Исследователи представили структуру и механизм белков, которые экспрессируются при различных формах рака и связаны с плохим прогнозом пациента.

9 марта 2020 г. 12:07

В низких дозах тетродотоксин заменяет опиоиды для облегчения боли, связанной с раком.

5 марта 2020 г. 14:24

Новый метод картирования сил, которые кластеры клеток оказывают на микроокружение, может помочь в изучении развития тканей и метастазирования рака.

Как и любая другая часть тела, мозг подвержен таким проблемам, как кровотечение, инфекции, травмы и иные повреждения. Возникает необходимость оперативного вмешательства с целью диагностики или лечения проблем. Краниотомия (трепанация черепа) – вид операции на головном мозге. Существует несколько типов хирургических вмешательств на мозге, но восстановление после трепанации такое же, как и в большинстве случаев. Она выполняется чаще всего.

Трепанация черепа в клинике Ассута открывает неограниченные возможности в сфере коррекции сложных заболеваний и травм головного мозга. Преимущества обращения в частный медицинский госпиталь неоспоримы:

  • Лечение ведут лучшие нейрохирурги страны, возглавляющие профильные отделения больниц Израиля, прошедшие стажировку в ведущих западных клиниках.
  • Революционное техническое оснащение операционных залов, наличие роботизированных систем, навигационных комплексов.
  • Быстрые сроки организации лечения – диагностика и составление терапевтического протокола занимают всего 3-4 дня.

Мы ждем вас на лечение в профильных отделениях сети Assuta. Доступные цены, профессиональный подход, индивидуальные схемы терапии.

Существует целый ряд поражений и аномалий, которые влияют на череп и его содержимое и требуют проведение краниотомии:

  1. Череп. Самая распространенная проблема – доброкачественная опухоль.
  2. Головной мозг. Чаще всего причиной обращения являются – глиомы, метастазы в головном мозг из других органов, абсцесс (локализованная инфекция).
  3. Оболочки. Эти ткани в основном поражают доброкачественные новообразования – менингиомы, которые увеличиваются в размерах и давят на мозг, приводя к его повреждению.
  4. Кровеносный сосуд. Сосуды у основания мозга может поражать аневризма, которая способна привести к их разрыву и кровотечению вокруг головного мозга (субарахноидальному кровоизлиянию).
  5. Спинномозговая жидкость. Возникновение препятствия в ликворобращении приводит к гидроцефалии (отеку мозга), что в некоторых случаях требует трепанации.

В каких случаях делают трепанацию черепа – общие показания:

  • Осмотр видимых проблем головного мозга.
  • Серьезная черепно-мозговая травма или травма головы.
  • Удаление тромба или гематомы.
  • Биопсия – взятие образца ткани для проверки на наличие раковых клеток.
  • Дренирование очага абсцесса головного мозга.
  • Снижение давления в черепе в связи с опухолью.
  • Для контроля кровотечения, вызванного аневризмой.
  • Восстановление кровеносных сосудов.
  • Доброкачественная и злокачественная опухоль мозга.
  • Нервные расстройства.
  • Инфекции головного мозга.

Если не лечить, любое состояние, требующее оперативного вмешательства, вызовет дальнейшее повреждение.

Виды трепанации черепа

Существует несколько способов краниотомии, на выбор влияет тип операции, который за ней следует:

  • Традиционная трепанация – костный лоскут или часть черепа удаляют в начале операции и возвращают на место в завершении.
  • Эндоскопическая краниотомия проводится через небольшое отверстие в черепе посредством эндоскопа.
  • Стереотаксическая трепанация – стандартный метод дополняется исследованиями МРТ и КТ. В итоге хирург получает трехмерное изображение с точной локализацией очага. Преимущество методики – она четко отделяет здоровые ткани от патологических.

Предоперационная подготовка

Диагностика в клинике Ассута может включать физическое обследование, анализы крови, ЭКГ, рентген грудной клетки. Нейровизуализация осуществляется посредством КТ или МРТ, артериограммы.

Перед операцией пациенту могут предписать лекарства для облегчения беспокойства, уменьшения риска судорог, отека и инфекции после хирургии. Коррелируется прием средств, разжижающих кровь (гепарина, аспирина) и нестероидных противовоспалительных препаратов (ибупрофена, мотрина, адвила) в связи с повышением вероятности тромбообразования после трепанации черепа. Их прием прекращают минимально за 7 дней.

При диагнозе опухоль головного мозга назначают стероиды. Они устраняют отек, вызванный новообразованием. Лечение продолжается после краниотомии по точному предписанию врача. Важно четко следовать инструкциям. Последствием приема стероидом бывает раздражение желудка. Чтобы уменьшить его, нужно принимать таблетки с едой или стаканом молока. Иногда назначают препараты, предотвращающие раздражение.

За 1-2 недели до операции больной прекращает курение, жевание табака и употребление алкоголя. Эти действия вызывают осложнения во время и после операции, замедляет заживления прооперированной области.

Медсестра проинструктирует, когда нужно прекратить есть и пить перед краниотомией, как правило, за 8-12 часов перед процедурой.

Пациенту в клинике Ассута предоставляют больничную одежду и специальные чулки, которые помогают предотвратить тромбоз глубоких вен. После операции есть риск этого нежелательного последствия в связи с длительным отсутствием движения.

Хирург беседует с больным по поводу операции, побочных эффектов и осложнений. Пациент подписывает форму согласия. Также больной встречается с анестезиологом.

Как делают трепанацию черепа?

Традиционная краниотомия включает следующие этапы:

  • На оперируемой области сбривают волосы.
  • Пациенту дают общий наркоз. Местный анестетик вводят в кожу головы, чтобы уменьшить послеоперационную боль.
  • Голову фиксируют на специальном подголовнике, чтобы оперируемая область была доступна. Движения сводят к минимуму, удерживая голову посредством специального устройства с тремя болтами, помещенными на внешнюю поверхность черепа.
  • С помощью предварительного сканирования и применения системы нейронавигации нейрохирург определяет самое подходящее место для трепанации. Процедура начинается с разреза кожи головы.
  • Посредством дрели высокой мощности в черепе просверливают небольшие отверстия.
  • Краниотом (хирургический инструмент для пробуравливания черепа) используется для создания съемного костного лоскута (он формируется между отверстиями). Так открывается доступ к мозгу.
  • Далее в зависимости от диагноза – восстанавливаются кровеносные сосуды, удаляет тромб или опухоль.
  • В завершении операции костный лоскут устанавливают на место, фиксируют специальными зажимами, мышцы и кожу зашивают. Размещают дренаж внутри мозга, чтобы удалить избыток крови, закрепляют его одним швом. Так рана заживает быстрее.

Длительность хирургического вмешательства порядка 2,5 часов.

Восстановление после трепанации черепа

Пациент приходит в сознание в блоке интенсивной терапии клиники Ассута. Медсестры обеспечивают специализированный уход. Пока пациент не оправиться от анестезии, несколько часов используется кислородная маска.

Сразу же после краниотомии тестируется реакция зрачка, после наркоза оценивается психическое состояние, движение конечностей (рук и ног).

Артериальное давление тщательно контролируется вместе с пульсом. Катетер, вставленный в артерию, может быть использован для непрерывного мониторинга давления. Внутричерепное давление контролируют посредством небольшого катетера, помещенного внутрь головы и соединенного с манометром.

Медсестры берут образцы крови для определения уровня красных клеток крови и количества натрия и калия.

Обеспечивается внутривенное вливание – в организм пациента поступает физиологический раствор. Когда больной будет в состоянии самостоятельно принимать пищу и жидкость, инфузию убирают.

Читайте также:  Компания "Керхер" запустила навык для подбора мойки высокого давления в Алисе

Вскоре после операции пациент начинает выполнять дыхательные упражнения для очищения легких. Вставать он сможет примерно через сутки после трепанации.

Для контроля боли, отеков и судорог назначают лекарства. Антибиотики предписывают для профилактики инфекций.

Дренаж извлекают на следующий день. Отек и синяки будут присутствовать первое время на лице.

Хирургические скобы удаляют на 5-7 день после трепанации черепа. Голову нельзя мочить до удаления скоб.

Выписка

В клинике пациент обычно пребывает пять дней, в некоторых случаях – дольше. Назначаются лекарства, которые понадобятся после операции.

Длительное наблюдение требуется, если речь идет об инфекции или опухоли.

Инфекция предполагает такое состояние, как абсцесс мозга. Врач назначает конкретные антибиотики для инфекционного агента, вызывающего абсцесс. В некоторых случаях прием длиться несколько месяцев.

Последующий уход при опухоли зависит от ее характера – доброкачественного или злокачественного.

Пациенты с доброкачественными новообразованиями наблюдаются у врачей несколько лет, чтобы убедиться в отсутствии рецидивов. Если болезнь возвращается, операцию повторяют или проводят лучевую терапию.

Злокачественные опухоли имеют иную перспективу. Применяются дополнительные методы лечения:

  1. Облучение проводят после удаления метастатических очагов и новообразований, которые возникли непосредственно в головном мозге, к примеру, глиобластомы. Выживаемость увеличивается вдвое после операции с последующей радиотерапией.
  2. Химиотерапия применяется при глиобластоме, но часто помогает незначительно, также вызывает нежелательные побочные эффекты.
  3. Иммунотерапия повышает работу иммунной системы. При глиобластоме опухоль часто берут во время операции для изготовления вакцину. Введённая вакцина стимулирует клетки крови создавать лимфоциты, которые будут находить и атаковать патологический очаг. Ранние исследования показали, что иммунотерапия улучшает выживаемость у некоторых пациентов, вызывая минимальные побочные эффекты.

Реабилитация после трепанации черепа

Полное восстановление занимает до двух месяцев, но чаще пациенты возвращаются к полноценной жизни за меньшее время.

На выздоровление влияют следующие факторы:

  • Вид черепно-мозговой травмы.
  • Степень серьезности травмы.
  • Осложнения.
  • Наличие или отсутствие неврологических проблем.
  • Тип проведенной операции.
  • Побочные эффекты или осложнения послеоперационного лечения.
  • Возраст и общее состояние здоровья, в том числе наличие других болезней.

Возможны ощущения усталости и беспокойства до восьми недель после краниотомии. Это нормально, понадобиться дневной сон во второй половине дня. Вопрос о возвращении к работе можно будет обсудить с врачом. Если рабочая деятельность не предполагает нагрузки, примерно через 6 недель приступают к ней.

Некоторым пациентам требуется физиотерапия или трудотерапия. Иногда нужна помощь логопеда при речевых трудностях. Эти методы помогают справиться с любыми неврологическими проблемами.

Следующих видов деятельности во время восстановления следует избегать:

  • Вождения. Автомобиль можно будет водить спустя 3 месяца.
  • Контактных видов спорта – не менее года.
  • Употребления спиртных напитков.
  • Нахождения в положение сидя длительное время.
  • Подъем тяжестей – не более 2,25 кг.
  • Занятий домашним хозяйством (загрузки/разгрузки стиральной или посудомоечной машины, уборки пылесосом, глажки, стрижки газона или озеленения).

После выписки назначаются необходимые препараты, обезболивающие. Примерно две недели могут наблюдаться головные боли. Некоторые анальгетики вызывают запор. Рекомендуется употреблять больше фруктов, овощей и клетчатки, пить больше жидкости. Алкоголь взаимодействует с некоторыми лекарствами, поэтому важно заранее проконсультироваться с врачом.

Рана может болеть несколько дней после краниотомии. По мере заживления наблюдается зуд. Возможен отек в этой области. Несколько месяцев на одной стороне раны может наблюдаться онемение.

У некоторых пациентов отмечаются приступы до или после трепанации черепа. В таком случае предписываются противосудорожные препараты. Если возникают побочные эффекты, важно обратиться к врачу.

Требуется помощь специалиста, если возникли любые признаки раневой инфекции или какие-либо другие необычные симптомы – сильная головная боль, судороги, рвота, спутанность сознания или боль в груди.

Трепанация черепа – последствия после операции

Каждая оперативное вмешательство несет в себе риск. Осложнения после трепанации черепа – нечастое явление. На степень вероятности развития побочных эффектов влияют такие факторы, как вид поражения мозга, общее состояние здоровья и возраст.

Хирург объяснит потенциальные осложнения пациенту и даст представление о риске их появления:

  • Приступы.
  • Утечка ликвора (жидкости вокруг мозга).
  • Тромбоз глубоких вен.
  • Легочная эмболия.
  • Пневмония.
  • Инфаркт.
  • Повреждение кожи головы из-за фиксирующего устройства.
  • Травмы лицевых мышц.
  • Повреждение пазух.
  • Судороги.
  • Повреждение мозга, которое может вызвать ухудшение или утрату функции – глухоту, двоение в глазах, онемение, паралич, слепоту, потерю обоняния, снижение памяти.
  • Отек головного мозга.
  • Инсульт.
  • Аллергические реакции на анестетик.
  • Гематомы.
  • Кровотечение.
  • Инфекции мочевыводящих путей.
  • Инфицирование костного лоскута.

Некоторые из этих последствий трепанации черепа достаточно серьезные и опасные для жизни. Частота их возникновения составляет 5%.

Вопросы, которые можно задать врачу в Ассуте:

  • Как проводится операция?
  • Какие тесты и подготовка необходимы перед оперативным вмешательством?
  • Какие риски связаны с трепанацией черепа?
  • Как часто наблюдается повреждение здоровой ткани мозга во время такой операции?
  • Каков ожидаемый исход краниотомии?
  • Какие осложнения могут возникнуть?
  • Сколько времени необходимо для восстановления?
  • Сколько таких операций проводилось в прошлом году в клинике?
Рекомендуем к прочтению

Краниотомия под местной анестезией (трепанация черепа в сознании)

Краниотомия в сознании (awake craniotomy) – показания, ход операции, последующее восстановление, потенциальные риски.

ЗАЯВКА НА ЛЕЧЕНИЕ

Отправляя форму Вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Зачем шесть тысяч лет назад хирурги делали трепанацию

Российские археологи обнаружили на Северном Кавказе древние погребения, в которых были захоронены люди, подвергнутые трепанации черепа.

По предположению ученых, эти сложнейшие операции делались — и успешно — более 6 тысяч лет назад, в эпоху энеолита и бронзы, когда не только не существовало стальных скальпелей, но, как считается, и понятие о медицине было совершенно иным, нежели сегодня. Кто и для чего осуществлял такие сложные хирургические вмешательства?

С дырой в голове

Черепа четырех человек с характерными отверстиями нашли археологи экспедиции ГУП «Наследие» Ставропольского края в четырех могильниках в рамках совместного российско-германского проекта по изучению народов Кавказа эпохи бронзы. Увы, но подлинные названия этих народов неизвестны. Они не имели письменности, а соседи практически не сохранили о них память. Известно лишь, что основой их хозяйства были земледелие и скотоводство, а также охота и собирательство. Благосостояние населения, а часто и его выживание зависели от капризов климата. И вот на черепных коробках типичных представителей этой культуры находят следы сложнейшей операции. Факт сам по себе удивительный.

Фото черепной крышки со следами трепанации из кавказских погребений

Находку изучала сотрудник НИИ и Музея антропологии МГУ Наталия Березина. «Дополнительные отверстия в черепе могут появиться по нескольким причинам, — рассказывает исследователь, — как результат инфекционного процесса, злокачественного новообразования, генетической аномалии, а также травмы». В данном случае ни одна из причин не подходила. «Инфекционный процесс и злокачественные новообразования имеют достаточно характерную форму и костную реакцию в месте образования отверстия, — продолжает антрополог. — Генетические аномалии, как правило, очень четко локализованы. После получения травмы на черепе остаются характерные обломки, растрескивания. В данном случае ничего подобного нет, а есть ровные, аккуратные отверстия».

Читайте также:  В Японии намерены запустить масштабный проект по созданию летающих машин

И во всех четырех случаях они располагались примерно на одном и том же участке черепа — на сагиттальном шве, соединяющем правую и левую теменные кости. Участок для операции выбирался, по мнению современных специалистов, не самый простой и безопасный. «В области сагиттального шва очень близко к костной ткани подходят мощные токи кровеносных сосудов, — говорит Наталия Березина. — Если задеть сосуд, кровотечение остановить практически невозможно».

То есть малейшая ошибка хирурга, и пациенту грозила бы неминуемая смерть от кровоизлияния в мозг. Ученых поразило, что трое из четверых людей, подвергшихся сложной операции, выжили, а двое прожили потом еще долгое время и умерли точно не от трепанации и возможных осложнений. Так, во время операции или вскоре после нее умер только мужчина 40—49 лет. Еще одна женщина, возраст которой ученые оценили в 25—39 лет, операцию перенесла и прожила еще как минимум неделю. Двое мужчин после операции могли прожить годы, на что указывает степень заживления костей.

Изучив отверстия под микроскопом, антрополог Березина смогла подробно описать то, как их делали. На всех черепах видны следы бороздок, сделанные в самом начале операции, при скальпировании. Далее следы ножа наблюдались уже в самой кости черепа. Как предполагает антрополог, прорезы производились в направлении от лба к затылку, при этом четко видны следы входа и выхода ножа из кости. Черепа, как показывает исследование, резали по дуге с двух сторон до тех пор, пока не доходили до твердой оболочки мозга. Делалось это с помощью очень острого орудия — ножа из кремния или обсидиана, ведь в то время, к которому ученые отнесли останки, не было не то что стали, но даже и железа. На дворе стоял бронзовый век, V тысячелетие до нашей эры, но бронза как материал слишком мягкий не подходила для подобных операций.

Впечатляют размеры отверстий. Они у каждого индивида были различными, но в среднем составляли 30 на 40 миллиметров, что сопоставимо с размерами фото на паспорт. А на двух черепах обнаружены следы сразу двух отверстий, сделанных практически одновременно. Причем одно, как считается, основное, было приблизительно в два-три раза больше второго. Судя по сложности операций и их успешности, они были незаурядными. «Мы не должны недооценивать умения и знания хирургов того времени», — отмечает ведущий научный сотрудник Института археологии РАН доктор исторических наук Мария Медникова.

Кроме того, не исключено, что древние люди были гораздо выносливее нас и трепанации вообще делались им без применения наркоза. Как говорит Наталия Березина, трепанируемых могли связывать, при этом особо отмечает, что эта операция не столь болезненна, как может показаться: «Боль возникает только при скальпировании, срезании кожи, а в мозге нервных окончаний, передающих боль, нет». Возможно, что при операциях применялись местные антисептики — различные смолы, зола и растения.

Судя по всему, люди сознательно шли на такие манипуляции с головой. Но с какой целью?

Наталия Березина утверждает, что дырки не были прорезаны из-за травмы или болезни, например гипертонии. «Специфические отметины, которые можно трактовать как следы высокого давления, на исследованных черепах не обнаружены», — уверенно заявила антрополог. Кроме того, в то время не было ни рентгена, ни томографов, которые помогли бы диагностировать опухоли. Получается, что медицинских показаний к вскрытию черепов не было. Березина с осторожностью предполагает ритуальный характер трепанации. Относительно сакрального смысла этого действия есть несколько предположений.

Отмеченные дырой в голове люди могли быть служителями неких культов, а след от операции демонстрировал их принадлежность к особому классу. «Подсознательно люди в древности пытались переложить собственную анатомию на устройство вселенной, — говорит Мария Медникова. — И когда люди что-то делали с собственным телом, они верили, что меняют мир вокруг себя и создают некую новую сущность. Например, у многих народов небо было напрямую связано с головой. Изменяя ее, они показывали тем самым, что влияют на главное — небо, которое им преподносило больше всего загадок, бед и в то же время благ».

Однако в древности недостаточно было изменить свой внешний вид, чтобы окружающие начали считать человека иным. Нужно было выделяться поведением, умением входить в особые состояния, общаться с высшими силами — быть связным между небом и землей. Камлания и молитвенные обращения к духам были доступны избранным, обладавшим способностью корректировать психоэмоциональное состояние участников обряда. Но эти обряды требовали от проводящих их людей особых «превращений». Историкам хорошо известны случаи применения различных психотропных веществ, грибов, трав и настоев. Возможно, что трепанация черепа стояла в одном ряду с подобными практиками изменения сознания. И специалисты не отрицают, что она могла повлиять не только на образ человека, но и на его внутренний мир, изменяя психику.

По словам врача-нейрохирурга Городской клинической больницы имени С. П. Боткина Юрия Сошина, «последствием трепанаций может быть эпилепсия, которая при сложных формах иногда вызывает галлюцинации». Сегодня эпилепсия считается опасной болезнью, а у древних народов люди, страдающие ею, считались богоизбранными. Многие верили, что в припадках избранные способны общаться с духами и небом. Нельзя исключать, что на землях современного Ставрополья некогда жили народы, верившие в такую избранность.

Древний череп культуры инков со следами трепанации

Мария Медникова полагает, что практика трепанаций пошла когда-то именно после наблюдений за людьми, получившими не по своей воле черепно-мозговые травмы, провоцировавшие изменение сознания и поведение человека. Это рассматривалось как примеры «божественного безумия», столь важного при религиозных и магических обрядах. Позже люди стали намеренно проводить операции, чтобы способствовать появлению новых свойств и качеств у здоровых, но избранных для особых магических практик. Остается только предполагать, какие предпосылки могли послужить при избрании того или иного человека для проведения трепанации. Возможно, это были представители особых сословий или семей, несущие на себе столь важную роль жрецов в древних племенах.

Точно ясно лишь одно: древние врачи, о которых нет никаких сведений, хорошо знали, как меняется психика при проведении этих сложнейших операций, и делали их настолько мастерски, что некоторые современные хирурги поражены этим мастерством.

Читайте также:  Голосовой помощник по имени Варвара от Газпромбанка РФ

Мнения

Мария Добровольская, доктор исторических наук, ведущий научный сотрудник Института археологии РАН:

— Самые ранние подобные операции известны с каменного века, то есть они проводились больше 20 тысяч лет назад, в ледниковый период. В последующем практика трепанирования также была широко распространена — например, в эпоху мезолита в Приднепровье, в Западной Европе, на Балканах. В целом это мощная человеческая традиция. Существует универсальный архетип трепанирования. Потребность проводить такие операции возникала независимо от территории и культуры. Что касается их целей, по этому поводу ведутся очень обширные и разнообразные дискуссии.

Сами трепанации бывают различные. Например, несквозные просто оставляли след на черепе. В этом случае извлекалась только верхняя часть кости, которую, возможно, использовали в качестве амулета. То есть таким образом отмечали каким-то знаком примечательного человека. Некоторые трепанации применялись с лечебными целями, но в древности при врачевании научная и практическая стороны были очень тесно связаны с культовой практикой, с влиянием божественных сил на здоровье человека. Поэтому очень трудно четко определиться в дискуссии, для чего делались трепанации — в культовых или лечебных целях.

Кэтлин Тэйлор, исследователь департамента физиологии, анатомии и генетики Оксфордского университета, сотрудник Института изучения питания, мозга и поведения:

— Со времен Гиппократа действительно делали трепанации больным психическими заболеваниями. Например, для удаления так называемого злого духа у больных судорожным синдромом. Если человек страдал синдромом эпилепсии, считалось, что причина находится внутри него, и прежде всего в голове. Подобная операция может влиять на психику. Есть даже такое понятие, как болезнь трепанированных. Если дефект большой, то появляется влияние атмосферного давления на состояние внутри черепа. В норме оно зависит от положения тела, но компенсируется за счет притока крови, так называемого комплайнса головного мозга — податливости внутричерепным изменениям. При трепанации — внешнем воздействии — комплайнс меняется. Возможно возникновение так называемых спаечных процессов — формирование грубых соединительно-тканных рубцов. Это проявляется в нарушении самооценки человека, возникновении головных болей, метеозависимости, изменении настроения.

Homo medicus. Гиппократы каменного века. Часть II

Первую часть мы начали с того, что медицинская помощь невозможна без сострадания, и выяснили, что наши ближайшие родственники — шимпанзе — вполне способны на альтруистическое поведение. Судя по ряду находок, уже для наших далёких предков была характерна забота о ближних, ведь иначе сложно объяснить, почему среди останков древних людей встречаются скелеты инвалидов и стариков. Мы рассмотрели некоторые свидетельства того, что наши предки владели навыками лечения переломов и умели проводить ампутации. Теперь черёд за новыми «процедурами».

Трепанации

В 2015 г. М. Медникова исследовала череп женщины из Мурзак-Кобы с помощью микрофокусной рентгенографии. При сильном ударе обязательно были бы радиальные трещины — но их нет, хотя повреждение черепа глубокое. А вот при трепанации (сверлением) остался бы именно такой след.

Между прочим, трепанация — вскрытие черепа — рискованная процедура даже в наши дни. И тем не менее это — древнейшая хирургическая операция, проводимая человеком — по крайней мере, из того, что известно учёным.

Ещё во второй половине XIX века древние черепа со следами трепанаций попали в поле зрения археологов. «Сперва американский дипломат Э. Д. Скуайер нашёл древний трепанированный череп в Перу и послал его на экспертизу крупнейшему специалисту того времени — французскому антропологу Полю Брока, — пишет Мария Медникова в своей книге «Трепанации и культ головы». — Позже ещё одна сенсационная находка была сделана уже в самой Франции. Археологи раскопали полтора десятка трепанированных черепов и ещё вырезанные из них пластинки, и не где-нибудь, а в слоях нового каменного века!»

Инкский череп из Куско, с которого началось исследование трепанаций древности. Источник: Медникова 2004, с. 8.

Зачем же древние люди вскрывали друг другу черепа? Мы уже упомянули ритуальные цели. Но явно этим перечень ситуаций не исчерпывался. Трепанировать могли:

  • при черепно-мозговых травмах (например, полученных в бою);
  • при сильных головных болях (вызываемых повышенным черепным давлением);
  • при попытках лечить различные психические заболевания, эпилепсию и т. д.;
  • при попытках добиваться от человека различных психических эффектов — например, сделать его более послушным; более агрессивным; «божественно безумным».

Возможно, наблюдения за тем, как после травм головы причудливо меняется поведение человека — натолкнули древних на попытки добиваться подобного эффекта.

У антропологов опять возникают трудности:

  • как отличить посмертную трепанацию от прижизненной?
  • как отличить трепанацию от следов травм, инфекций и других заболеваний — микоза, костной опухоли, сифилиса, остеопороза и т. п.?

Поскольку трепанация было в древности, видимо, широко распространённой практикой, у антропологов есть богатый материал для исследований. Существовало множество разных методов трепанации:

  • скобление;
  • круговое прорезание;
  • сверление небольших отверстий и прорезание «мостика» между ними;
  • вырезание фрагментов прямоугольной формы, с последующим удалением скальпа или без, с вживлением вырезанного фрагмента и т. д.

Использовались сверла, акульи зубы, кремнёвые и обсидиановые ножи, скорлупа кокосовых орехов, раковины.

Трепанированный череп из Перу. Фото предоставлено С. Дробышевским Трепанированные черепа из Перу. Фото предоставлены С. Дробышевским

Огромные коллекции трепанированных черепов пришли из Южной Америки, с территории Перу. Практика трепанаций у древних индейцев появилась ещё в III веке до н.э., но кульминации достигла у инков. Инки добились в этом высочайшего мастерства, о чём говорит то, что более 80% протрепанированных выживало, причём без осложнений, инфекций и т. п. Для сравнения — при аналогичных операциях в Европе XIX в. смертность колебалась от 50% до 100% (!). Пишут, что следы трепанации обнаружены на 16% найденных черепов инков! Число трепанаций на отдельных черепах достигает семи; нередко удалялись крупные куски черепа. Видимо, это было модным делом…

Судя по тому, что значительная часть трепанаций локализована преимущественно на лобной кости слева, трепанации могли проводиться с целью лечения боевых травм. Резали аккуратно, стараясь не задеть мышцы, оболочки мозга и т. д.

Церемониальный нож инков со сценой трепанации на рукояти, Перу. Источник: Ramirez 2010

Трепанации «народных хирургов» известны и в современную эпоху — например, этим прославилось кенийское племя кисии, чьи знахари ещё в середине XX в. мастерски трепанировали путём скобления головы, причём безо всякой анестезии и дезинфекции. Так кисии лечат головные боли или травмы. В 1962 году документально зафиксирован пациент, которому провели — барабанная дробь — 35 подобных операций!

Читайте также:  Компанией Land Rover создан смартфон для экстремалов

Но вернёмся в каменный век. Какие трепанации можно считать древнейшими?

Знаменитый памятник Дольни-Вестонице (верхний палеолит, Моравия, 25—29 тыс. лет назад). Здесь нашли не каких-нибудь пару скелетов, а целую кроманьонскую группу — 31 человек, включая 6 детей. На черепах нескольких мужчин — одинаковые поверхностные повреждения, расположенные сходным образом, справа на лобной кости. Такое сходство говорит о том, что это не случайные травмы, а скорее часть ритуала — глубокое шрамирование. Конечно, речь идёт не о медицинской, а о символической трепанации.

В 2012 году подобный случай древнейшей символической трепанации установлен Марией Медниковой для черепа из Тельмановской стоянки (Костёнки 8, в Воронежской области).

Однако всё это «оперативные вмешательства», скорее всего, отнюдь не медицинского характера. Настоящие трепанации появляются уже в мезолите-неолите.

Вот несколько таких находок.

В 1996 г. скелет исключительно хорошей сохранности найден в Энсишейм (Ensisheim, Эльзас, Франция), в некрополе ранних земледельцев. Пожилой мужчина умер примерно 7100 лет назад. В его черепе красуется… нет, не одно, а целых два крупных отверстия со следами заживления. И это здорово, так как исключает инфекцию, опухоль и десятки иных случайных причин. В данном же случае это почти наверняка трепанация. Семь тысяч лет назад хирург уже умел мастерски вскрывать череп и сделал это даже дважды. Зачем? Мы не знаем. Правда, одно из отверстий зажило лишь частично…

Череп с двумя трепанациями из Энсишейм, Франция. Источник: Alt 1997.

А вот ещё более древний случай, с территории ближнего зарубежья. Могильник Васильевка III открыт в 1955 году (это Днепровские пороги, Украина). Крупное мезолитическое погребение, возрастом — согласно радиоуглеродному анализу — 9300—8220 лет назад. На одном из 23 черепов (хранящихся в уже упоминавшейся Кунсткамере), обнаружено полностью зажившее высверленное отверстие. Судя по следам на черепе, принадлежавшем пожилому мужчине, поводом для операции послужила травма. В результате ушиба мозга и внутреннего кровоизлияния старик страдал сильными головными болями. Как избавиться от мигрени? Выпустить из черепа злых духов, конечно.

Череп аналогичной древности с зажившей трепанацией найден и в могильнике Васильевка II.

Череп с трепанацией из могильника Васильевка II. Источник: Lillie 1998. Васильевка III. Трепанированный череп и микрофокусная рентгенограмма сквозного дефекта (б). Источник: Медникова 2015, с. 53.

Стоматология

А теперь о самом сокровенном — о наших зубах. «Зубы у людей болели с древнейших времён» (Капитан О., 2015). А ещё люди издревле обожали ковырять в зубах чем попало.

Почти два миллиона лет назад подросток D2735, чьи останки найдены в Дманиси (Грузия), регулярно пользовался палочкой-зубочисткой, которую с особым рвением всаживал между 1-м и 2-м правыми молярами (об этом говорят горизонтальные бороздки на соответствующих поверхностях этих зубов). Это в итоге привело к развитию воспаления — периодонтита, что хорошо видно на томограмме: между корнем зуба и пластинкой альвеолы образовался зазор. Зуб у парня шатался и болел. Не злоупотребляйте зубочистками, друзья! (см.: http://antropogenez.ru/single-news/article/343/)

Подобные следы от зубочисток найдены на зубе из Гран Долины http://antropogenez.ru/location/105/ (Атапуэрка, Испания) возрастом около миллиона лет и у раннего человека из Омо в Эфиопии (более двух миллионов лет назад!). А уж неандертальцы и кроманьонцы ковырялись в зубах постоянно.

Челюсть из Дманиси: D2735 пользовался зубочисткой. Слева — горизонтальные бороздки на правом нижнем первом моляре. Справа — компьютерная томограмма: зазор между корнем зуба и альвеолой (периодонтит). Источник: Margvelashvili 2013

В общем, гигиена полости рта имеет миллионолетнюю историю. А что с кариесом? Этот недуг, развитие которого связывают с употреблением вязкой, высокоуглеводной пищи, широко распространился у древних земледельцев.

Судя по историческим источникам, древние египтяне боролись с кариесом уже 5 тысяч лет назад. Греческие врачеватели лечили кариес высверливанием инфицированных полостей в зубах. Есть и более древние свидетельства — пломбы из пчелиного воска (6,5 тыс. лет назад, Словения); и даже сверление зуба с помощью лучкового сверла 9 тысяч лет назад (Пакистан).

В июле 2015 года в журнале Nature опубликована статья (XX 2 ВЕК сообщал об этом), которая отодвигает появление стоматологических навыков ещё на 5 тысяч лет в прошлое, в палеолит!

В 1988 году в Рипаро Виллабруна (Север Италии), в скалистом гроте найдено погребение молодого мужчины. Скелет напрямую датирован радиоуглеродом — молодой человек жил 14 тысяч лет назад. Первоначально отверстие в нижнем правом третьем коренном описали как обычный кариес. Однако недавно этот зуб вновь привлёк внимание исследователей. Антрополог Стефано Бенацци (из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка в Лейпциге) заинтересовался полостью в зубе, которую изучили с помощью сканирующего электронного микроскопа — и обнаружили на её внутренней поверхности множество параллельных царапинок. Такие повреждения не могут возникать при жевании — тем более что они встречаются даже в нижней части кариесной полости (а сверху исчезают, видимо, в результате износа зуба). Скорее, бороздки появились в результате круговых движений каким-то твёрдым инструментом. Исследователи предположили, что это результат действий древнего стоматолога, удалявшего поражённую кариесом часть зуба.

Чтобы проверить гипотезу, был поставлен ряд экспериментов: коренные зубы пытались резать костяными, кремнёвыми и деревянными остриями. Как и предполагалось, именно кремнёвое орудие оставило следы наиболее близкой формы (что было подтверждено опытами на 6 зубах. Интересно, чьи зубы использовались?) Надо сказать, что похожие повреждения могут появиться на зубах, если в них зажать что-то — например, кусок мяса — и пытаться резать его. Так делали неандертальцы! Однако вряд ли в таком случае получились бы царапины внутри полости зуба.

Моляр с кариесной полостью из Рипаро Виллабруна. Источник: Oxilia 2015. Царапины на внутренней поверхности кариесной полости зуба из Венето Доломитес. Сканирующая электронная микроскопия. Источник: Oxilia 2015.

Древний лекарь действовал с помощью кремнёвого острия. Учитывая, что кариесное поражение, оставшееся в исследуемом зубе, небольшое — лечение возымело эффект.

Газовая масс-спектрометрия даже выявила в полости нечто, что может быть следами восковой пломбы — но материала слишком мало, и исследователи предпочли не делать смелых выводов. Можно только добавить, что, судя по изношенности зуба, после операции человек жил ещё долго и, надеемся, счастливо.

Важно здесь, что, во-первых, зуб не сверлился, а выскабливался. По мнению авторов исследования, такая практика развилась из использования обычных зубочисток. Во-вторых, это значит, что люди озаботились лечением кариеса ещё до появления земледелия. Правда, подобная находка пока что одна. Возможно, данная проблема характерна именно для конкретной группы кроманьонцев, чья пища была богата углеводами.

Читайте также:  Xiaomi представила обогреватель ног Foot Warmer

Не костями/зубами едиными…

Наконец, мы подходим к вопросу: какие источники, помимо скелетных останков, могут рассказать нам о медицинских познаниях людей палеолита? Орудия? Но у древних, скорее всего, не было бормашин и скальпелей, манипуляции проводились теми же кремнёвыми ножами, которыми разделывали свежезабитого мамонта. Что же ещё?

На стоянках неандертальцев нередко находят охру. Охра — древнейший краситель, и обычно полагают, что именно в таких — символических — целях она и использовалась обитателями стоянок. Однако некоторые исследователи выдвигали и иные версии — охра могла применяться как антисептик (см., например, Velo, .I. (1984) Ochre as medicine: A suggestion for the interpretation of the archeological record. Current Anthropology 25, 674). Так охру ещё совсем недавно использовали австралийские аборигены, которые прикладывали её к поражённым местам при воспалениях и кожных болезнях; делали из охры компрессы, мазали царапины. Пишут, что охра благотворно влияет на состояние кожи, может защищать как от солнца, так и от холода. Может быть, в подобных целях охра применялась ещё в среднем палеолите? Но доказать это, увы, крайне трудно.

Погребение Шанидар IV. Источник: Leroi-Gourhan 1975, p. 562. Подготовка погребения Шанидар IV (реконструкция). Источник: http://www.donsmaps.com/clancave.html

Много шума наделал другой случай, который, я уверен, уже вспомнили наши образованные читатели. В который раз в моих публикациях появляется знаменитая иракская пещера Шанидар — что делать, из песни слова не выкинешь. Эта пещера раскапывается с 1953 года, здесь найдены останки десяти неандертальцев — семи взрослых и трёх детей. Вероятно, это намеренное погребение. Возраст останков — 60 тысяч лет.

Один из уникальных аспектов — наличие в одной из могил большого количества цветочной пыльцы. Эта особенность была обнаружена в 1972 году при проведении палинологического анализа образцов грунта из погребения Шанидар IV. Большинство образцов содержали один и тот же набор пыльцы, характерный для этой местности. Однако 2 образца резко выделялись — в них оказалось множество скоплений пыльцы, не менее чем по 100 пыльцевых зёрен в каждом. Такое бывает, если в почву попадают целые цветки. Пыльца, образовавшая скопления, относилась к 7 видам растений — эти цветы и сейчас растут в Ираке.

Могли ли они случайно попасть в пещеру? — задался вопросом один из авторов исследования, археолог Ральф Солецки. Могила находилась в 15 метрах от входа. Ни деятельность птиц или грызунов, ни даже окаменевшие фекалии не могли создать такую картину. В одном из образцов, помимо того, найдено крыло бабочки. Не на могильные цветы ли она прилетела? Солецки интерпретировал находку как часть «эстетического погребального ритуала»: возложение трогательных букетиков на могилу усопшего товарища, либо подстилка из цветов и веток деревьев, на которую уложили покойника. Однако позже исследователи обратили внимание на фармакологические свойства растений, найденных в Шанидаре (впрочем, в 1975 году медицинскую версию высказал и сам Солецки).

Фрагмент Крыла бабочки из Шанидар IV (образец грунта 313). Увеличено в 400 раз. Источник: Leroi-Gourhan 1975, p. 563.

В статье 1991 г. Ян Лиетава подробно рассматривает этот вопрос. Вот растения, чья пыльца попала в могилу: тысячелистник, василёк летний, крестовник, мускари, хвойник безлистный, алтей. Все эти растения известны своими лекарственными свойствами и давно используются в народной медицине.

О свойстве тысячелистника заживлять раны писал ещё Гомер. Василёк летний, по свидетельству Плиния, использовал в качестве антисептика сам кентавр Хирон. Некоторые виды рода крестовник используются для лечения травм у индейцев. Хвойник применяется в китайской народной медицине как средство против кашля, жаропонижающее и противовоспалительное. Кроме того, он содержит эфедрин и может использоваться как стимулятор. Алтей широко известен в медицине со времён Гиппократа.

Знание этих трав помогло бы врачевателю каменного века залечивать раны, которые были частыми у неандертальцев. Итак, вполне возможно, что выбор данных растений обусловлен не эстетическим чувством, а их лечебными свойствами. Правда, почему лекарственные растения оказались в могиле? Неандертальцы лечили покойника? Все-таки без привлечения ритуала объяснение повисает в воздухе…

Знание прошлого ограничено скудным набором фактов, дошедших до наших дней. Мы видим некий срез реальности, а скорее даже отдалённое эхо, затухающий отголосок, отражение отражения. Что осталось за пределами нашего знания, что пока ускользает? Владели ли древние мастерством мануальной терапии или массажа? Ставили ли больному глиняные банки и горчичники? Кололи ли кремнёвыми иглами? Собирались ли на сеансы психотерапии вокруг костра? Кости молчат. Но, быть может, специалисты изобретут ещё более изощрённые методы — и кости заговорят сухим медицинским языком? Впрочем, что-то я размечтался. С утра першит в горле. Пойду-ка я лучше в аптеку, куплю алтейки — чем я хуже неандертальцев из Шанидара?

3D принтеры в космической отрасли

В своем рассказе «Необходимая вещь», написанном в 1955 году, Роберт Шексли описал конфигуратор, который двое космонавтов взяли с собой в межзвездную экспедицию для того, чтобы печатать на нем все, что им может понадобиться в космосе – от запчастей для корабля до яблочного штруделя на десерт. Прошло чуть более полувека, и реальность хоть и не переплюнула воображение писателя, но вплотную к нему приблизилась. НАСА ведет разработку 3д принтера для печати запчастей прямо на МКС. Действительно, развитие 3д принтеров в ближайшем будущем может существенно повлиять на космическую отрасль в целом и на перспективы развития отдельных конструкторских бюро в частности.

3д-принтер – это устройство, использующее метод послойного создания физического (твердотельного) объекта по цифровой 3д-модели. 3д-печать может осуществляться с использованием различных материалов: пластик, металл, стволовые клетки и даже пищевые компоненты. Технологий 3д-печати на сегодняшний день также очень много, и постоянно появляются новые. Существуют две основные технологии формирования слоёв: лазерная и струйная. Наиболее часто используемые – лазерная стерлитография и селективное лазерное спекание.

Рассмотрим существующие и потенциальные возможности использования 3д принтеров в космонавтике и космической промышленности.

3д принтеры в космосе

3д печать может найти применение в космосе в следующих перспективных направлениях:

1. 3д принтеры для создания запчастей и инструмента на борту корабля.

Американское космическое агентство NASA и компания Made in Space осенью 2014 года собираются отправить на МКС первый 3D принтер для производства различных деталей: запчастей, инструментов и научного оборудования.
Принтер будет изготавливать модели послойно из полимеров и иных материалов. 3д-модели для создания объектов помещены в память устройства либо будут передаваться с Земли в случае необходимости.

Читайте также:  В Японии создан телефон, схожий по размерам с пластиковой кредитной картой

С новой технологией связывают грандиозные перспективы в оптимизации работы на орбите: от самого простого – трехмерной печати каких-то сломавшихся деталей, до самостоятельного создания роботов, навигационных систем, скафандров и исследовательского оборудования.

2. 3д принтеры для создания в космосе крупногабаритных конструкций.

NASA в рамках программы NIAC в 2013 году выделило компании Tethers Unlimited,Inc. (TUI) 500 тыс. долл. на дальнейшее развитие технологии автоматизированной сборки в космосе SpiderFab.

В основе технологии лежит трасселятор (Trusselator) – устройство, представляющее собой своеобразную помесь 3D-принтера и вязальной машины. Устройство в настоящее время успешно проходит испытания в лаборатории.

На одной стороне цилиндрического корпуса расположена катушка с нитью (в качестве сырья устройство использует пластик, например углеволокно), а на другом находится экструдер, через который выдавливаются три основные трубы будущей фермы или другой конструкции. Ферма усиливается путем обмотки нитью, в итоге робот длиной около метра может создать ферму длиной в десятки метров.

Робот-трасселятор с помощью манипулятора и специального сварочного аппарата сможет соединять исходные фермы в большие сложные конструкции и покрывать их солнечными панелями, светоотражающей пленкой и выполнять другие операции, в зависимости от целей миссии. Тип трасселятора может быть разным, например он может производить круглые или квадратные трубы различного диаметра и толщины.

Трасселятор может строить крупногабаритные конструкции, например километровые рамы для массива солнечных панелей.

Трасселятор размером с наноспутник может изготовить ферму длиной 10 и более метров.

Роботы SpiderFab оснащены экструдером, выдавливающим готовую пластиковую трубу барабанами-контейнерами большой ёмкости с сырьем, и манипуляторами для сборки конструкции

Технология позволяет изготавливать в космосе очень большие, длинной в несколько километров, каркасы космических кораблей, фермы антенн, базовые структуры солнечных электростанций, огромных телескопов и т.д.

В настоящее время конструкции, которые отправляются в космос, имеют огромный избыточный запас прочности для того, чтобы выдержать перегрузки при старте. Обычно в космосе такие сверхпрочные конструкции не нужны, зато нужен очень большой размер, например для телескопов-интерферометров. Аппараты SpiderFab позволят строить именно такие конструкции: легкие, крупногабаритные и с низкой стоимостью жизненного цикла.

Все необходимые части орбитального производственного комплекса SpiderFab можно вывести в космос с помощью существующих ракет-носителей. Фактически, даже при нынешних технологиях SpiderFab позволяет реализовать прорывные проекты, вроде строительства космических станций за орбитой Луны или солнечных электростанций мощностью в сотни мегаватт. При этом стоимость конструкций, произведенных с помощью SpiderFab, будет относительно небольшой. Одним из примеров использования SpiderFab может быть строительство космического радиотелескопа стоимостью $200 млн. с диаметром антенны более 100 м. О таком инструменте астрономам сегодня приходится только мечтать, но технология SpiderFab может сделать эту мечту реальностью уже в ближайшие десятилетия.

3. 3д-принтеры для строительства объектов на других планетах, например на Луне, в том числе из подручного материала.

В 2011 году NASA опубликовало свой проект строительства лунной базы с участием большого количества роботов (экскаваторы, бульдозеры, измельчители и т.д.).1
Сейчас Европейское космическое агентство предложило альтернативный проект 3д-печати лунной базы, используя в качестве строительного материала местный грунт.

Для печати используется принтер D-Shape от британской компании Monolite. На Луне принтер сможет использовать в качестве материала местный грунт, реголит.

Реголит — рыхлый, разнозернистый обломочно-пылевой слой глубиной несколько метров, состоящий из обломков изверженных пород, минералов, стекла, метеоритов, и хорошо подходит для строительства.
На фотографии — полуторатонный строительный блок, сделанный принтером D-Shape в качестве демонстрации. Для печати использовался материал, на 99,8% аналогичный реголиту, полученный из базальтовых пород одного из вулканов в центральной Италии.

Печатающая головка 3D-принтера ходит по шестиметровой рамке. Робот печатает со скоростью 2 кубометра в час, окончательная версия будет печатать 3,5 кубометра в час. Строительство одного небольшого здания займёт около недели.

На картинке ниже можно рассмотреть в подробности макет проекта Европейского космического агентства. База состоит из четырёх жилых модулей, из них центральный и верхний левый модули уже закончены, а ещё два находятся в последней стадии строительства. Жилые модули соединены тоннелями, на каждом из них есть по четыре люка-иллюминатора. Примерный размер базы можно оценить в сравнении с астронавтом, который стоит рядом с центральным модулем.

Сейчас 3д принтеры пытаются применить в строительстве на Земле. Китайская компания WinSun сообщила о том, что ее новый 3D-принтер позволит создавать доступное и недорогое жилье в невероятно сжатые сроки – за 24 часа компания может отпечатать 10 домов площадью в 200 квадратных метров каждый. Себестоимость одного напечатанного здания около 5 тыс. долл.

4. Пищевые 3д принтеры

В 2013 году NASA объявило о финансировании разработки первого в мире 3D принтера, который будет создавать еду1. Такое устройство поможет космонавтам при длительных полетах в космос.

Новый принтер может готовить еду из ингредиентов, которые хранятся в порошковой форме в специальных картриджах. Смешав содержимое разных картриджей, добавив воду или масло, можно получить различные блюда.
3-D принтер распыляет ингредиенты слой за слоем, создавая твердую трехмерную пищу.

Первое, что получат с помощью 3D принтера, станет пицца. Сначала распечатают тесто, затем томатную основу, а после этого протеиновый слой. При этом источником протеинового слоя может стать все, что угодно, включая животных, молоко и растения. Альтернативными ингредиентами могут быть насекомые и водоросли.

Срок годности одного пищевого картриджа составляет около 30 лет, что достаточно, например, для полета на Марс.

5. Биопринтеры

Возможно, благодаря разработкам биологов уже в ближайшем будущем астронавтам не придется везти с собой в космос большие объемы биоматериалов: дерево, кости, шелк и даже донорские органы — все это можно будет напечатать из небольшого количества клеток на 3д-принтере.

Исследователи из Стенфордского Университета разрабатывают технологии 3д-печати, которые позволят астронавтам получать биоматериалы вроде зубной эмали или дерева прямо в космических лабораториях.2 В 2013 году НАСА выделило на эти исследования грант в 100 тыс. долл.

Технология предполагает внедрение кластеров клеток в специальный гель, который затем выдавливается из пьезоэлектрической печатающей головки, выстраивая матрицу для экстракции желаемого материала.

В данный момент ученые настраивают оборудование и создают базу данных для всех существующих в природе типов клеток. Никто не будет брать корову, овцу, шелкопряда или дерево на Марс. Однако качественная ткань или древесина может понадобиться. Поэтому вместо того, чтобы использовать целый организм, — в том числе и на Земле, можно напечатать ряд клеток, из которых затем произвести нужный продукт.

Читайте также:  Создана технология, позволяющая подключать мозг к сети Интернет

В последние годы разработки в области 3D-биопечати активно ведутся по всему миру. Биопринтеры искусственным способом создают живую ткань, накладывая живые клетки слой за слоем. В настоящее время все биопринтеры являются экспериментальными, тем не менее, в будущем они смогут произвести революцию в медицине.

Биопринтеры могут иметь разные конфигурации, но принцип работы один: они выводят клетки из печатающей головки, которая движется влево-вправо, вперед-назад, вверх- вниз, чтобы поместить клетки куда требуется. Таким образом, за несколько часов можно получить органический объект, который состоит из огромного количества очень тонких слоев.
В дополнение к выводу клеток, большинство биопринтеров также выводят растворимый гель для поддержки и защиты клеток во время печати.

В декабре 2010 года компания Organovo создала при помощи биопринтера первые кровеносные сосуды с использованием клеток, полученных от одного донора. Компания также успешно имплантировала нервы, созданные при помощи биопринтера, крысам, а эксперименты по пересадке созданных таким методом тканей человеку запланированы на 2015 год. Тем не менее, ожидается, что первое коммерческое применение биопринтеров будет заключаться в производстве простых человеческих структурных тканей для токсикологических испытаний. Это позволит ученым тестировать лекарства на моделях печени и других органах, созданных на биопринтере, тем самым снижая потребность в экспериментах на животных.

Со временем, как только испытания на человеке будут завершены, Organovo надеется, что биопринтеры будут использовать для получения трансплантатов кровеносных сосудов и применяться в операциях по шунтированию сердца. Намерения компании включают масштабную разработку технологий создания тканей и органов “на заказ”. Ожидается, что первым искусственно созданным человеческим органом станет почка, так как при трансплантации эти органы наиболее востребованы.

Научный прогресс со временем позволит получать в лабораториях органы с помощью биопринтеров из собственных клеток пациента, что может привести к революции в медицине. Будут разработаны методы, позволяющие распечатать новую ткань или орган непосредственно на теле. В следующем десятилетии врачи получат возможность просканировать раны и нанести слои клеток для их быстрого заживления.

В настоящее время команда исследователей биопечати под руководством Энтони Алата (Anthony Alata) в Wake Forrest School of Medicine разработала принтер, создающий кожу. В начальных экспериментах они взяли 3D-сканы тестовых травм, нанесенных мышам, и использовали эти данные для управления головкой биопринтера, которая распыляет клетки кожи, коагулянты и коллаген на рану. Результаты этого эксперимента оказались также весьма многообещающими: заживление ран проходило всего за две – три недели (примерно пять-шесть недель – в контрольной группе).

Частичное финансирование проекта создания кожи с помощью биопринтера осуществляется американскими военными, которые добиваются развития биопечати in situ, чтобы лечить раны прямо в боевых условиях. В настоящее время работа все еще находится в фазе доклинических испытаний. Алата развивает технологии, экспериментируя на свиньях. Тем не менее, испытания на людях, пострадавших от ожогов, могут быть осуществлены в течение ближайших пяти лет.

Подобные биопринтеры на борту космического корабля помогут увеличить срок пребывания космонавтов в космосе и решить ряд медицинских проблем.

3д принтеры в космической промышленности

Не только в космосе, но и на земле 3д принтеры способны повысить эффективность работы космической отрасли.
Центр космических полётов им. Годдарда (США) во время испытаний звуковой ракеты уже отправил в полёт отсек аккумуляторной батареи, напечатанный на 3D-принтере, а Центр космических полётов им. Маршалла оснастил двигатели для ракет RS-25 и J-2X напечатанными на 3D-принтере компонентами.

В целом 3д-принтеры применяются в производстве:
– для быстрого изготовления прототипов моделей и объектов для дальнейшей доводки или эксперимента;
– для быстрого производства — изготовление деталей из материалов, поддерживаемых 3D-принтерами, в том числе из металла. Это позволяет наладить производство сложных, массивных, прочных и недорогих систем. Пример – беспилотный самолёт компании Lockheed, большая часть деталей которого была изготовлена методом скоростной трёхмерной печати.
для изготовления выжигаемых моделей и форм для литейного производства.

3д-принтеры уже позволяют экономить на стоимости и времени производства. Скоро эта экономия станет весьма ощутимой.

Денис Сесицкий, ведущий инженер ФГУП «КБ «Арсенал»

Доклад на конференции «Инновационный арсенал молодежи» 2014

3D-печать и космос: самое важное

1. Использование аддитивных технологий при изготовлении деталей космических кораблей.

3D-печать активно используется в аэрокосмической отрасли для изготовления прототипов, деталей двигателей и оснастки. Ее применение позволяет производителю удешевить продукцию, повысить ее эксплуатационные характеристики, а также значительно сократить время изготовления отдельных изделий. К аддитивным технологиям так или иначе обращаются все крупные компании, связанные с аэрокосмическим производством.

В основном, с помощью 3D-печати производят части двигателей. Так, американская компания Aerojet Rocketdyne заключила контракт на 1,6 миллиарда долларов на производство ракетного двигателя RS-25, часть деталей для которого будет изготовлена на 3D-принтере. Производство одной детали традиционными методами могло занять полгода – 3D-печать позволила Aerojet Rocketdyne сократить сроки и издержки, значительно ускорить процесс производства прототипов. Помимо этого, компания с успехом применяет аддитивные технологии в других проектах.

Другая американская компания Rocket Lab занялась строительством первой в Новой Зеландии станции для орбитальных запусков. Именно оттуда планируется запустить первую в мире ракету, кислородно-углеводородный двигатель которой полностью напечатан на 3D-принтере.

Список был бы неполным без бизнесмена и конструктора Илона Маска. Его компания SpaceX провела успешные испытания напечатанных на 3D-принтере двигателей SuperDraco, которые будут использоваться в космическом корабле Dragon, а также работает над системой реактивной тяги Raptor Rocket.

Другие промышленные гиганты не остановились на двигателях. Компания Blue Origin использовала более 400 напечатанных на 3D-принтере деталей в рамках первого полета New Sheppard в июне 2015 года.

А концерн Boeing заключил контракт с Oxford Performance Materials, ведущим специалистом по аддитивному производству, на изготовление 600 напечатанных на 3D-принтере деталей для новых космических такси Starliner.

Аддитивные технологии применяются также в перспективных проектах недалекого будущего. NASA использует продвинутые методы в подготовке марсианской миссии : 3D-печать уже используется для создания прототипов, производства деталей в космосе и даже для изготовления комплектующих двигателя будущего корабля, который отправится на Марс.

Аэрокосмическая отрасль России также начинает внедрять 3D-печать. Для этих целей в распоряжение корпорации «Роскосмос» поступил уникальный отечественный 3D-принтер «Роутер 3131» с большим печатным полем. Он будет создавать элементы космических аппаратов.

2. Применение 3D-печати в производстве спутников и аппаратов.

Еще одно направление в аэрокосмической промышленности, которые мы решили рассмотреть отдельно, – это аддитивные технологии при производстве спутников. В отличие от ракеты, стоимость спутника существенно ниже, но и ее можно уменьшить, обратив внимание на инновационные технологии.

Читайте также:  Компания Google создала необычный экземпляр складного смартфона

Именно это и сделал аэрокосмический гигант Boeing, начав использовать 3D-печать для производства модульных спутников. Сейчас один аппарат стоит, в среднем, 150 миллионов долларов – такая цена обусловлена не только высокотехнологичной составляющей, но и существенной стоимостью рабочей силы, задействованной в производстве. При использовании 3D-принтеров стоимость и сроки производства спутников существенно уменьшаться.

У небольших стартапов и исследовательских проектов задачи скромнее, однако 3D-печать помогает и им. Группа исследователей из Северо-Западного назарейского университета в Айдахо ожидает запуска в космос своего напечатанного на 3D-принтере спутника MakerSat, первого в штате. Размеры аппарата всего – 10х10х11,35 см, а создан он из доступных полимеров для 3D-печати (ABS, ULTEM и нейлон).

Разработчик высокопроизводительных спутников Millennium Space Systems недавно объявил об окончании работ над предсерийной моделью из серии ALTAIR, которую теперь готовят к запуску в космос. Новые технологии, использованные в конструкции спутника, сделают возможными новые космические миссии. Например, 3D-печать позволит сэкономить на стоимости отправки деталей в космос и сократить сроки подготовки и проведения миссий.

Отличились и российские ученые. В 2016 году в Томском политехническом университете разработали малый спутник «Томск-ТПУ-120». При создании аппарата ученые и студенты Томского политеха применяли аддитивные технологии — каркас и большая часть составляющих напечатаны на 3D-принтере. 31 марта 2016 года 3D-спутник покинул Землю и обосновался на орбите.

Еще дальше залетела «Юнона». Космическая станция NASA с такими именем летом 2016 года вышла на орбиту Юпитера. Это событие важно также и для 3D-печати, поскольку «Юнона» стала первым космическим аппаратом с напечатанными на 3D-принтере деталями — титановыми волноводными элементами производства Lockheed Martin.

3. Космические 3D-принтеры.

Космонавты, находящиеся на орбите, зачастую не могут обеспечить себя всем необходимым и вынуждены ждать грузов, которые приходят на Международную космическую станцию (МКС) во время плановых полетов. К сожалению, в течение этого времени экипаж не застрахован от аварий или поломок важных систем. Эксперименты по 3D-печати в космосе дают потенциальную возможность распечатать необходимые запчасти, если какие-либо детали откажут в космосе. Это очень важно для будущих полетов к Марсу и другим планетам: длительное время колонисты не смогут получить помощи с Земли. Поэтому в предстоящих экспедициях чрезвычайно важно использовать все имеющиеся возможности для изготовления изделий на борту кораблей и космических станций.

На МКС такие эксперименты проводятся с 2014 года. Именно тогда 3D-принтер Zero G производства компании Made in Space был доставлен на американский сегмент станции. Первая печать произошла 24 ноября 2014 года и ознаменовала собой новую эпоху развития 3D-технологий. Распечатанный объект представлял собой часть самого принтера, лицевую панель печатной головки, что символизирует возможность однажды распечатать в космосе 3D-принтер на 3D-принтере. В 2016 году на МКС был доставлен еще один принтер компании Made in Space под названием Additive Manufacturing Facility(AMF).

С этих пор пробы печати на МКС происходят регулярно. Одной из последних задумок был инновационный план канадской компаний 3D4MD, который предполагал печать на МКС медицинских устройств, например, шин или хирургических инструментов. Для создания таких устройств, как индивидуальные шины при переломе пальцев, разработчики 3D4MD могли бы использовать, например, мерки, снятые в процессе подготовки скафандров, и создать модель на Земле. Затем 3D-модель можно отправить на МКС, где шина будет напечатана на 3D-принтере.

Роскосмос также развивает подобный проект. Эксперимент с названием «3D-печать» должен подтвердить возможность использования 3D-принтера при отсутствии гравитации. Данный прибор создан в стенах Томского политехнического института и согласован с инженерами РКК «Энергия». На МКС принтер отправится в 2018 году.

Не имея возможности проводить эксперименты в космосе, другие державы организуют опыты на земле. Команда разработчиков из Китая недавно провела успешные испытания первого 3D-принтера, рассчитанного на условия невесомости. Множество сложных тестов проводились во французском городе Бордо.

4. 3D-биопечать в космосе.

Известно, что в открытом космосе присутствует электромагнитное и радиационное излучение, оказывающее губительное воздействие на биологические ткани. Для того, чтобы космонавт смог перенести все тяготы перелета, одной защиты корабля недостаточно — необходимо подумать и о качественной медицинской помощи. А если она не поможет, тогда и вовсе о замене каких-либо органов.

Именно поэтому Российская Объединенная ракетно-космическая корпорация (ОРКК) согласовала эксперимент по использованию 3D-биопринера на Международной космической станции (МКС). Его разработчиком стала российская лаборатория 3D Bioprinting Solutions , специализирующаяся на технологиях биопечати. Ученые надеются, что магнитный биопринтер позволит создавать в космосе ткани и органы. Ожидается, что устройство доставят на МКС к 2018 году.

Аналогов российскому проекту за рубежом пока нет.

5. Возведений сооружений с помощью строительной 3D-печати.

Одна из самых основных проблем при возведении зданий на внеземных объектах— это ограниченное количество либо отсутствие строительного материала. Единственным доступным сырьем, не нуждающимся в транспортировке с нашей планеты, являются местные геологические породы. Неудивительно, что ученые решают задачу их использования при возведении зданий.

Так, инженеры из Северо-Западного университета США нашли способ использовать качественные материалы в ситуациях, когда ресурсы ограничены. Речь идет о процессе аддитивного производства из специальных материалов, имитирующих лунный и марсианский реголит. Это прочные и эластичные материалы, которые производятся с использованием порошкообразных веществ, напоминающих породы с поверхности Луны и Марса.

Вполне вероятно, что данная технология будет использована при колонизации Марса. Из-за экстремальных температур и высокой радиации на поверхности «красной планеты» первым колонизаторам потребуются надежные убежища. Эксперты NASA предлагают создать с помощью 3D-печати «купол» изо льда с поверхности Марса, покрытый прозрачной мембраной из фторопласта-40. Одно из основных преимуществ жилища на основе воды в том, что такие стены защищают от космической радиации, но не препятствуют проникновению света – это создает некоторый уют. Помимо этого, при выборе материалов учитывались и другие критерии – их прочность и надежность, способность выдерживать непростые условия Марса.

Европейское космическое агентство (ЕКА) ведет разработки в том же направлении и уже достигло некоторых результатов. Ученым из австрийского Университета прикладных наук в Винер-Нойштадте удалось напечатать на 3D-принтере небольшое иглу и угловую стену из материала JSC-Mars-1A, имитирующего марсианскую почву.

Помимо серьезных изысканий, есть и вполне неожиданные проекты. Так, специалисты из упомянутого нами ЕКА задумались о спасении души первых лунных колонистов и запланировали возвести на Луне храм с помощью 3D-печати. Данное сооружение с поэтичным названием Храм Вечного Света будет расположено в центре жилого комплекса для первых лунных поселенцев и сочетать в себе молитвенное место и обсерваторию. Проектировщики считают, что храмы на Луне позволят возродить утраченную связь человечества с космосом.

Читайте также:  Мобильный телефон как способ оценить степень радиационного заражения

Впрочем, по словам Вячеслава Бобина, главы Центра изучения природных веществ при Институте комплексного освоения недр РАН постройка поселений на Луне – не такая уж фантастическая перспектива, как Вам могло показаться. Новая российская программа освоения Луны может обеспечить условия для строительства базы с помощью 3D-печати. Если российским исследователям удастся определить подходящее место для колонии, Бобин считает, что впоследствии для строительства зданий можно будет использовать 3D-принтер.

Это еще не все интересные новости про космическую 3D-печать. Что Вы скажете, например, о напечатанном на 3D-принтере ракетном топливе или применении 3D-технологий в разработке уникального скафандра для первых участников марсианской миссии?

Читайте еще больше актуальной информации в нашем специальном разделе «Космос» и не забывайте поздравить родных и близких с Днем космонавтики!

Хотят печатать ракеты на 3D-принтере за 60 дней и открыть завод на Марсе: чем занимается стартап Relativity Space Статьи редакции

Компания получила $185,7 млн инвестиций и заключила контракты с NASA и крупными компаниями, ещё не запустив ракеты.

1 октября 2019 года стартап по 3D-печати и запуска космических ракет Relativity Space привлёк $140 млн инвестиций от венчурных компаний Bond и Tribe Capital и заявил о планах первого коммерческого запуска в феврале 2021 года.

Также в 2019 году Relativity Space получил одобрение NASA на строительство первого полностью автономного ракетного завода и заключил контракты на коммерческие запуски с четырьмя крупными операторами спутниковой связи.

При этом компания пока не совершила ни одного запуска ракеты, но партнёры верят в 3D-печать и возможности Relativity Space.

Стартап планирует производить ракеты с помощью 3D-печати, машинного обучения и автоматизации. Relativity Space снизит количество деталей в ракете со 100 тысяч до менее тысячи, что поможет производить ракеты в течение нескольких дней или недель, а не лет.

Дальнейшая задача Relativity — построить с помощью 3D-печати ракету-носитель на Марсе и доставить её на Землю. «У нас довольно амбициозные планы», — признался генеральный директор Тим Эллис в разговоре с Ars Technica.

К 7 августа 2019 года компания 200 раз успешно протестировала двигатель Aeon 1, который состоит из трёх деталей, напечатанных на 3D-принтере. Первые тесты собранной ракеты Terran 1 пройдут в 2020 году.

Перед запуском Relativity Space Эллис работал в Blue Origin. Он помогал в разработке ракетного двигателя BE-4. Эллис экономически обосновал необходимость внедрения 3D-печати металлов в производственный процесс.

Соучредитель стартапа Джордан Ноон работал в SpaceX над программой двигателя SuperDraco, который используется в корабле Crew Dragon.

Основатели считали, что две самые передовые компании аэрокосмической отрасли SpaceX и Blue Origin недостаточно развивали технологию 3D-печати, поэтому решили создать свой проект.

Они уверены, что 3D-печать существенно сократит расходы на производство и позволит быстрее создавать новые 3D-модели и модифицировать их.

К октябрю 2019 года Relativity Space привлекла $185,7 млн в четырёх инвестиционных раундах. Первыми инвестировали в стартап Y Combinator и «доткомовский» миллиардер Марк Кьюбан. Он вдохновился проектом, получив письмо от Эллиса с предложением инвестировать в стартап.

Во втором раунде инвестиций компания получила $10 млн, его возглавил фонд Social Capital, а в третьем — $35 млн от Playground Global, агентства американских талантов Creative Artists Agency, актёра Джареда Лето и других инвесторов.

Relativity Space не первая компания, которая использует 3D-печать для производства космических ракет, пишет 3DPrint. Например, стартап Rocket Lab печатает двигатель с батарейным питанием, а в 2016 году NASA тестировала 3D-печать камеры сгорания. Но цель Relativity Space — полностью изменить индустрию производства космических ракет.

По словам Тима Эллиса, за последние 60 лет разработка ракет практически не изменилась — это по-прежнему сложная производственная линия из машин и людей, которая производит мелкие детали, а затем собирает большую ракету.

Стартап хочет уменьшить количество людей на производстве — таким образом ускорить и удешевить его. Для этого компания разрабатывает собственные 3D-принтеры Stargate, которые могут создавать все детали, необходимые для сборки ракеты, — от двигателей до топливных баков и обшивки.

3D-принтеры Stargate печатают около 95% ракеты. Оставшиеся 5% — это ручная сборка, тестирование и доставка готовых ракет. По мнению Relativity Space, их разработки позволят сэкономить от двух до четырёх лет подготовки для запуска ракеты.

«Самая дорогая часть разработки — человеческий труд. Автоматизировав печать 90–95% компонентов, мы сделали производство ракеты самым дешёвым».

По словам Эллиса, разработанный принтер может создавать различные формы и печатать сложные компоненты как одну деталь, которую не потребуется собирать.

Таким образом Relativity может производить ракеты, где будет в 100 раз меньше деталей, чем в обычной ракете. Например, инжектор и камера двигателя состоят из трёх частей, тогда как обычно на их сборку нужно около 3000 деталей.

«Вся сложность в программном обеспечении, так как нужно детально прорабатывать объект и его CAD-модель», — заявляет Эллис. Но также благодаря сложной печати Relativity Space может быстро корректировать мелкие детали двигателя и тут же печатать его.

Второй продукт Relativity Space — 30-метровая ракета-носитель для мелких и средних грузов Terran 1 с полезной нагрузкой 1250 кг (6% от вместимости SpaceX Falcon 9). Она состоит из 730 компонентов, тогда как у конкурентов их около 60 тысяч, заявляет Relativity Space. Стоимость производства Terran 1 — около $10 млн.

Из-за простоты и скорости печати Relativity Space планирует производить ракету Terran 1 за 60 дней. Стартап считает, что её можно будет переделать под требования заказчиков, например операторов спутниковой связи.

В марте 2018 года Relativity Space подписала контракт на двадцатилетнее партнёрство с NASA Stennis Space Center для эксклюзивной аренды испытательного комплекса E4 в Южной Миссисипи.

Четыре тестовых стенда позволят проверять достаточное количество двигателей, чтобы собирать 36 ракет в год. Партнёрство оценивается в $30 млн.

По словам Эллиса, это первое соглашение Stennis Space Center, по которому объекты NASA, связанные с запусками ракет, могут использовать и частные компании. Аналогичное соглашение использует SpaceX — компания заключила партнёрство с Космическим центром Кеннеди для использования площадки Launch Complex-39A.

Партнёрство позволяет избегать дополнительных расходов на инфраструктуру и не запрашивать разрешения на каждый тест — испытательный комплекс доступен компании круглосуточно.

В июне 2019 года Relativity Space подписала соглашение с NASA о переоборудовании здания фабрики в Миссисипи в «первый в мире автоматизированный завод по производству ракет». Он будет располагаться в трёх километрах от тестовой зоны двигателей и ступени ракеты Relativity Space Terran 1.

Читайте также:  Брендом Canon создана умная фотовспышка, самостоятельно выбирающая направление освещения

На фабрике компания планирует использовать новую версию принтера Stargate, которая меньше оригинальной и может быть размещена на движущейся платформе для печати частей ракеты высотой в здание.

Также в течение следующих пяти лет Relativity Space потратит $60 млн на его инфраструктуру и увеличение штата до 200 человек.

В апреле 2019 года канадский производитель спутников и оператор спутниковой связи Telesat стал первым заказчиком Relativity Space — её ракета Terran 1 с 2021 года будет доставлять небольшие спутники на нижнюю околоземную орбиту.

23 апреля 2019 года Relativity Space объявила о партнёрстве с тайским стартапом Mu Space. Relativity отправит на орбиту спутник стартапа в 2022 году. Условия сделки не раскрываются.

6 мая 2019 года появился третий партнёр Relativity Space — Spaceflight, которая задействует Terran 1 для запуска микроспутников на орбиту в третьем квартале 2021 года, с возможностью дополнительных запусков позже.

11 сентября 2019 года компания подписала контракт с Momentus — транспортным космическим стартапом Михаила Кокорича. В 2021 году запланирован запуск ракеты Terran 1, которая доставит полезную нагрузку малых и средних спутников Momentus для размещения на орбите. В дальнейших планах — ещё пять дополнительных запусков.

Если Relativity Space сможет добиться успеха на Земле, стартап приступит к переносу производства на Марс и начнёт печатать там ракеты. По мнению Эллиса, у компании есть два полноценных продукта — как ракеты, так и автоматизированная фабрика.

Генерального директора Relativity Space вдохновил Илон Маск и основная миссия SpaceX по колонизации Марса. Но чтобы их миссия была успешной, нужны десятки или сотни компаний, работающих над технологиями для жизни на Марсе, в том числе по сборке ракет.

«Представьте, космический корабль приземляется на Марсе. Двери открываются, астронавты выходят, а там пустота. Должен быть кто-то, кто будет работать над производственными технологиями», — считает Эллис.

Сейчас потенциальный полёт на Марс во многом «односторонний» — туда можно прилететь, но нельзя покинуть или каким-то образом вернуть оборудование. Возможность запуска ракет с Марса позволит возвращать людей с планеты и собирать образцы ископаемых для изучения Марса.

Пока проект окупается — разработка и печать двигателя оказались проще, чем ожидалось, заявляет Эллис. Металлы, которые компания использует в деталях двигателя, на 20% прочнее и пластичнее сплавов, произведённых обычным способом.

По словам Элиса, компания потратит привлечённые деньги на обновление стартовой площадки и завершение строительства автоматизированного завода в Лос-Анджелесе.

Компания планирует протестировать собранную ракету Terran 1 и запустить её в конце 2020 года.

3D-печать покоряет космос: вызовы технологии, которая используется на орбите

3D-печать завоевывает еще одну отрасль — аэрокосмическую. Эта технология не только меняет способ создания космических кораблей, но и может сыграть важную роль в будущей колонизации других планет.

Однако космос — это сложная для работы среда, и 3D-печать сталкивается в ней с рядом проблем. В этой статье рассмотрим шесть основных.

Содержание статьи:

Несовершенные поверхности не подходят для космоса

Печать деталей и целых космических кораблей в 3D-принтере — действительно захватывающая перспектива. Она позволит сократить отходы от производства, а также поможет создавать более легкие и топливосберегающие ракеты. Тем не менее, в этой технологии кроется серьезная проблема.

3D-печать дает несовершенные поверхности. Это становится очевидным, когда смотришь на деталь, напечатанную 3D-принтером, в микроскоп. Она может сгодиться на Земле, но космос требует другого уровня точности, так как там ошибки практически недопустимы. На поверхности с изъянами могут появиться трещины, а еще ей угрожают повреждения от бесчисленных объектов, летающих в космосе.

3D-печать в невесомости усложняется

Теперь мы не говорим, что 3D-печать в космосе, вообще без гравитации, невозможна. Однако организовать этот процесс нелегко.

Базовая конструкция 3D-принтера остается прежней, однако печать в невесомости требует особых дополнений. В космосе сила тяжести уже не скрепляет слои предмета перед их охлаждением, поэтому сам материал должен быть липким и не давать им отделяться друг от друга.

Популярная FDM-печать почти невозможна без гравитации

FDM-печать — это известный стандарт: на него можно натолкнуться, введя в Google «3D-печать». Если у вас есть 3D-принтер, высока вероятность, что это FDM-принтер. FDM-печать хороша, но некоторые считают, что существуют более функциональные и точные технологии, которые используют порошок или фотополимер.

Однако невесомость делает эти процессы практически невозможными. Отсутствие силы тяжести затрудняет объединение частей во время печати. Тем не менее, есть компании, которые сейчас работают с NASA, чтобы найти потенциальные альтернативы FDM-печати.

Детали иногда получаются клейкими

Как уже упоминалось выше, из-за отсутствия гравитации 3D-принтеры должны удерживать детали на месте и скреплять слои во время FDM-печати. Было зафиксировано несколько случаев, когда предметы застревали на сборочных плитах так крепко, что повреждались и они сами, и принтер.

Хотя в космосе множество раз успешно распечатывали на 3D-принтере различные объекты, иногда возникают проблемы, указывающие, что процесс еще не идеален.

Не все инструменты получится распечатать на 3D-принтере

Одно из самых больших преимуществ наличия 3D-принтера на корабле — возможность отправляться в космос налегке. Все необходимые инструменты и запчасти можно просто напечатать. Но как разобраться, что все-таки взять с собой, а с чем справится 3D-принтер?

Хотя исследователи прилагают все усилия, чтобы убедиться в безопасности космического полета, люди и корабли всегда подвергаются воздействию непредвиденных факторов, которые сложно предугадать. Что взять с собой, а что оставить 3D-печати — нелегкий выбор.

Строительство «домов» может стать логистическим кошмаром

Когда люди наконец доберутся до планеты X, вероятно, они не захотят работать в суровых условиях. Возможно, жилые помещения и лаборатории будут созданы с помощью 3D-принтеров. Его использование на другой планете будет сложным и потребует подключения к процессу робототехники и искусственного интеллекта.

Не говоря уже о том, что принтер понадобится защитить от метеоров, перепадов температур и любых других воздействий окружающей среды. Тем не менее, недавно NASA провело конкурс, на котором рассматривались идеи по созданию среды для 3D-печати при исследовании дальнего космоса. Результаты были впечатляющими и решали некоторые из проблем, упомянутых выше.

Ссылка на основную публикацию