Az Illinois Urbana-Champaign Egyetem kutatói szerint természetes anyagok, mint a csont, a madártollak vagy a fa, szabálytalan felépítésük ellenére, „intelligensen” reagálnak a nyomás eloszlására. A nyomás-módosítás és az anyagszerkezetek közötti kapcsolatról viszont nem sokat tudunk.
A kutatók gépi tanulást, optimalizálást, 3D nyomtatást közösen alkalmazták nyomáskísérletekhez, hogy jobban megismerjék a rejtett kapcsolatokat. A combcsontot helyreállítani hivatott, az emberi csont funkcióit utánzó anyagot fejlesztettek.
A felső lábszár nagyon hosszú csontjának törése időskorban gyakori. A nyomás a törés élén koncentrálódik, növelve a meghosszabodás esélyét. A hagyományos helyreállításnál, sebészi beavatkozással fémlemezt csavarokkal rögzítenek a törés köré. A lemez és a csavarok meglazulhatnak, krónikus fájdalmakat és további sebeket okozhatnak.
A kutatók új helyreállítási módszert, teljesen irányítható számítógépes kereten alapuló anyagot, csontutánzatot javasolnak.
Anyagadatbázissal kezdték, virtuális növekedés-szimulátorral és gépi tanulással virtuális anyagot generáltak, azon keresztül tanulmányozták szerkezete és a fizikai tulajdonságok közötti kapcsolatot. A felépítés és a nyomás-eloszlás maximalizálásához optimalizáló algoritmust fejlesztettek.
Az életnagyságú csont-prototípust műgyantából nyomtatták, majd szintetikus modell eltörött combcsontjához illesztették. A fizikai modell valós méréseket, hatékonyság-teszteket tett lehetővé. Megerősítette, hogy a biológiai rendszerekhez hasonlóan, lehetséges ilyen szintetikus anyagokat készíteni.
Bizakodnak, hogy modelljük alapján a csont-helyreállítást erősítő anyagokat fognak fejleszteni. Mivel elég általános, a technológia többféle biológiai implantátumra, változatos nyomtatóanyagokkal – fémekkel, polimerekkel, szinte bármivel – alkalmazható, ha szükséges a nyomás módosítása.
A geometriát, a helyi szerkezetet és a kapcsolódó mechanikus tulajdonságokat tartják kulcsfontosságúnak, ezek garantálják a szinte végtelen potenciális alkalmazást.
