ペット用義肢は3Dプリントで進化

三本足の犬を想像してみてください。もしかしたら、あなたも飼っているかもしれませんし、公園で、あるいは何十億本ものドードーの動画で見たことがあるかもしれません。不器用ながらもたくましい彼らは、私たち人間から、典型的な四足犬にはない、ある種の甘えん坊的な同情心を呼び起こします。

「特別な能力を持つペットに人々は惹かれるんです」と、ペット切断支援ウェブサイト「Tripawds」の共同設立者であるレネ・アグレダーノ氏は語る。「私たちが彼らを助けたいと思っているからこそ、魅力を感じるのだと思います。彼らが幸せな人生を送るための平等な機会を確実に得られるようにしたいだけなんです。」

助けたいという思いは、義肢という形で現れることがますます増えています。特に、動物が複数の手足を失った場合です。義肢をつけたペットたちは、それ自体が心温まる動画のジャンルとして定着しています。バイオニックな後ろ足を持つ猫。車輪のついたカメ。こうした動画はFacebookで拡散され、陰鬱なニュースフィードに、ほんの少しの明るい希望を添えています。3Dプリンティングはこの業界を前進させました。3Dプリンティングで作られた義肢は軽量で、比較的手頃な価格で、無限にカスタマイズ可能です。医師は鳥のくちばしを作り、高校生は自由時間に犬の義足を作っています。

しかし、ペット用の義肢はすべて同じように作られているわけではありません。獣医師や三脚装着コミュニティの一部の人々は、簡単に作れるアタッチメントの普及が、それを装着するペットに予期せぬ結果をもたらすのではないかと懸念しています。

徒歩圏内

犬が四肢を失う理由は様々です。生まれつき異常な四肢を持っていたり、車にひかれたり、癌が進行して切断が必要になったりすることもあります。三脚愛好家の間では「犬には3本の脚と予備の脚がある」というジョークがよく聞かれます。これはある程度真実です。コロラド獣医専門グループで動物スポーツ医学とリハビリテーションを専門とするテレサ・ウェンドランド氏によると、犬は四肢を失っても驚くほどうまく適応します。しかし、動物が失ったものを補おうとする際に合併症が発生することがあります。高齢犬や関節炎などの運動機能障害のある犬では、残った四肢に余分な体重がかかることが大きな問題となることがあります。

「脊椎の可動性に大きな影響が出ます」とウェンドランド氏は言います。「他の手足の可動域も変えなければならず、非常に不自然な方法で体を前に引っ張らなければなりません。」

義足は、正しく製作すれば、その可動域を回復させることができます。しかし、三本足の犬が四本足で走り回れるようになるのを見るのは心が温まるものですが、子犬用の義足を正しく作ることは容易ではありません。整形外科・義肢メーカーのオーソペッツと協力し、犬が新しい肢に適応できるよう支援しているウェンドランド氏は、これは時間と専門知識を要する複雑なプロセスだと語ります。

人間の義肢と同様に、動物用の義肢も装着者の体格に合わせて個別に調整する必要があります。つまり、動物のサイズ、体重、身長、姿勢、歩き方などを考慮する必要があります（ドーベルマン用の義肢はダックスフントには合いません）。そのために、整形外科医は動物の動きを研究し、他の肢と同期する義肢を成形する必要があります。手法は様々ですが、標準的なプロセスは、石膏型を取り、写真や動画に基づいて義肢を設計し、耐久性のある熱可塑性プラスチックと金属で製作することです。そこから、動物にフィットするまで、細部を手作業で調整していきます。このプロセスには数週間かかることもあります。

義肢の交換が必要な部分の長さも問題となります。ウェンドランド氏によると、義肢を装着する理想的な場所は、できるだけ下肢の低い部分です。しかし、義肢全体が失われ、義肢を装着する明確な箇所がない場合、状況はさらに難しくなります。

一歩先へ

3Dプリンティングは長らく、多くの業界で製造革命として称賛されてきたが、義肢もその一つだ。そして今、ニュージャージー州に拠点を置くデザイン会社「ダイブ・デザイン」は、これが四肢全置換の解決策になると考えている。同社はバイオニック・ペッツという会社と提携し、その名の通りペットのためのアクセシビリティ技術を開発している。バイオニック・ペッツを経営するデリック・カンパーナ氏は長年、ペット用の義肢を手作業で作ってきた（彼は「ザ・ウィザード・オブ・ポーズ」という、ブリガムヤング大学のテレビチャンネルで放送されている番組も持っている）。約1年前、カンパーナ氏はダイブ・デザインを率いるアレックス・ソーリ氏とアダム・ヘクト氏をバージニア州の自身の研究室に招き、製作工程の改善策を検討した。

「常に話題に上がっていたのは、完全な義肢の開発の必要性でした」とトール氏は語る。カンパーナ氏がこれまで作ってきた義肢は、管理するにはあまりにも多くの資源と労力を必要としていた。さらにトール氏は、「無駄な廃棄物が発生することを考えると、経済的には全く意味がありませんでした。私たちにとって、まさにその時が転機でした」と語る。

最初のステップは、3Dモデルを構築するのに適したソフトウェアを見つけることだった。ダイブ・デザインのインターン生で、ペンシルベニア州立大学で機械・生物医学工学を専攻する学生のフリオ・アイラ4世は、nTopologyという会社が開発したモデリングプログラムの学生ライセンスを所有していた。ダイブ・デザインの他の社員たちは、この偽造ソフトウェアに便乗して作業に取り組んだ（彼らのソフトウェアライセンスは現在最新である）。nTopプラットフォームを使えば、ユーザーは3Dモデルを構築し、現実世界でどのように機能するかをシミュレーションできる。つまり、デザイナーは実際に出力する前に、義肢のストレステストや動作のマッピングを行うことができるのだ。このソフトウェアは、かわいい動物のプロジェクトだけにとどまらない。政府の防衛関連企業であるロッキード・マーティンも出資しており、nTopologyはレイセオンなどの防衛技術企業向けに光学部品も設計している。（義肢を犬の体にフィットさせる精巧なジャケットは、別の3Dデザイン会社であるランドー・デザイン+テクノロジーと共同で設計・カスタマイズした。）

「一番大切なのは反復です」とヘクト氏は言います。「何か新しいことを始めるとき、完璧なアイデアがすぐに思いつくことはありません。常に試行錯誤の繰り返しです。ですから、ものづくりと実世界でのテストのプロセスを早く進めれば進めるほど、より良い解決策が生まれます。」

ダイブ・デザインのプロセスは、一般的な整形外科用器具の製造と似ています。犬を研究し、寸法を測り、モデルを作成し、そこから組み立てていくのです。しかし、3Dプリンターを使うことで、エンジニアは従来の義肢でははるかに困難だった方法で、物理的な製品を迅速に調整・変更することができます。サポートを構成する特定の関節や格子が機能しない場合でも、数時間で作り直すことができます。

バイオニック・ペッツのカンパーナ氏は、3Dプリントによる迅速な反復作業は、特に若い動物にとって有益だと述べています。なぜなら、患者は体が成長するにつれて多くの装置が必要になる可能性があるからです。「新しい装置が必要になる場合もありますが、型を取ったり再設計したりする必要はありません」と、彼はメールで述べています。「ファイルのサイズを変更して再印刷するだけで済みます。」

「こういう仕事には本当に夢中になりかけています」と、義肢のモデリングと開発に携わるアイラは言う。「3Dプリントや身の回りのあらゆるものに対する考え方は、まだほんの始まりに過ぎません。これからどんなことが可能になり、これらの技術をどのように活用できるようになるのか、本当に素晴らしいと思っています。」

勢いに乗る

熱意は豊富にあるかもしれませんが、労働力と専門知識は安くはありません。ウェンドランド氏によると、彼女がコンサルティングした義肢は通常1,800ドルから2,000ドル程度だそうです。バイオニック・ペッツの価格は依然として高額ですが、比較的リーズナブルです。部分義肢で850ドル、全義肢で1,750ドルです。こうした高額な価格は、獣医の診療費に驚愕した飼い主にとっては馴染み深いものかもしれません。ですから、安価な義肢を製造できるという点は、間違いなく魅力的です。

ウェンドランドさんによると、愛犬や学校の課題のためにDIY義肢を3Dプリントしたいという相談が寄せられているという。しかし、家庭用プリンターで使えるような素材は、プロが作るものと同じ基準を満たすことは難しいだろう。

「3Dプリントに関して少し不安なのは、誰でも義肢を作れるというイメージが広まり始めていることです」とウェンドランド氏は言う。「こういうものに危害を加える可能性を感じています。人々が3Dプリントに熱心に取り組んでくれて、支援したいと申し出てくれるのは素晴らしいことですが、そのためには訓練や、実際にこれを生業とし、機能的な形で義肢を実現させている人たちの努力が不可欠です」

インスタグラムの動画では、義足をつけた動物が可愛く見えるかもしれませんが、その義足が整形外科の知識を持つ専門家によって丁寧に作られておらず、適切にカスタマイズされていない場合、義足がない場合よりも大きな害を及ぼすリスクがあります。例えば、犬がカートを使って移動するとします。車輪の位置が後ろすぎると、背骨に過度の負担がかかります。一方、前すぎると、犬は常に顔から転倒してしまいます。義足が適切にフィットしていないと、骨と皮膚の接合部に痛みや潰瘍が生じ、場合によっては脚の内部損傷につながる可能性があります。

ダイブ・デザイン、バイオニック・ペッツ、オーソ・ペッツといった義肢製作会社は、整形外科獣医師と緊密に連携し、製作物が動物に悪影響を与えないよう万全を期しています。ペット用義肢はまだ新しい分野であるため、何が効果的で何が効果的でないかを明確に示す研究は十分に行われていません。現状では、整形外科医と製作者は臨床経験に頼るしかありません。

義肢の種類に関わらず、動物にとって避けられないのはリハビリテーションの必要性です。犬が義肢に慣れるまでには、数週間から数ヶ月の身体的なリハビリが必要になることもあります。つまり、獣医師の診察回数が増え、投資と費用もかさむということです。

ウェンドランド氏はダイブ・デザインのモデルを具体的に使用したことはないものの、こうしたタイプの四肢全体を支える補助器具には一定の用途があると述べている。しかし、購入を検討しているすべてのペットの飼い主にとって、選択肢を知っておくことは重要だ。

「状況によっては、そのお金をもっと良いリハビリに使った方が良かったんじゃないかと思うくらいです」とウェンドランド氏は言います。「二次的な筋肉痛に鍼治療をしたり、犬が動けるようにしたりするのもいいかもしれません。でも、もう片方の足に問題がある犬には、ぜひこの方法を検討します。3Dプリントの素晴らしい活用方法だと思います。」

12月21日午前9時訂正：nTopologyとそのソフトウェアの違いを明確にするため、文言を更新しました。nTopology社はnTopology社、ソフトウェアはnTop Platform社です。また、義肢ジャケットの設計とカスタマイズに携わったLandau Design+Technology社の役割についても明確にしました。

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