一只名叫夏洛特的获救的绿海龟（Chelonia mydas）在这个假期将获得更好的活动能力。夏洛特是许多患有气泡屁股综合征的濒危海龟之一，这是一种严重的损伤，导致其后鳍部分麻痹，使它游泳时臀部朝上而不是平坦。感谢一群志愿者、工程师和 3D 打印专家，这只生活在康涅狄格州神秘水族馆、大约 25 至 30 岁的爬行动物成为了一个定制背带的新使用者，以帮助它恢复部分功能和活动能力。
什么是“气泡屁股综合征”？
虽然这个名字听起来可能很滑稽，但气泡屁股综合征（或正浮力综合征）伴随着对海龟脊柱的严重损伤。它通常是由船只撞击引起的，可能导致海龟无法修复的损伤。美国国家海洋和大气管理局（NOAA）估计，每年有数十万只海龟被船只撞击。由于活动能力问题，患有气泡屁股综合征的大多数获救海龟无法放归野外。
神秘水族馆的水族员兼夏洛特的当前饲养员克莱尔·博尔斯特告诉《大众科学》：“一般来说，海龟的脊柱直接位于壳的下方。所以当海龟被船只撞到时，大多数情况下损伤会发生在它们的脊柱上，因为它直接相连。脊柱受到撞击，影响消化系统的神经。它们也可能因神经受损而失去后鳍的功能。”
空气就更容易滞留在消化系统中，导致海龟游泳时身体倾向于与海底垂直，而不是直线前进。夏洛特的伤势导致其后鳍部分麻痹，并且在游泳时难以控制浮力。这就是为什么水族馆的游客经常会看到夏洛特头朝下游泳。
博尔斯特说：“你可以看到空气滞留的迹象，这取决于哪一天，根据它漂浮时壳倾斜的方向。”
根据夏洛特最初从佐治亚州海岸搁浅后的接收表格，他可能在 2006 年或 2007 年被船只撞击。他于 2008 年抵达神秘水族馆，当时他还是一个尚未成熟的幼龟。很难确定海龟的性别，所以工作人员曾假设年轻的夏洛特是雌性。随着夏洛特长大，他被发现是雄性，所以工作人员现在使用他/他的代词。
尽管像博尔斯特这样的饲养员不希望将人类特征归于他们照顾的动物，但她会形容夏洛特“固执，但也非常好奇”。
博尔斯特说：“他肯定非常喜欢海龟抓痒。它们壳上有许多神经，抓痒可以起到丰富的效果。他通常在抓痒时会待着不动，所以我们认为这是他很享受的迹象。”
设计海龟背带
为了帮助夏洛特，曾尝试制作康复装置或背带。然而，夏洛特有自己的想法。
3D 打印公司 Adia 的工程师兼总裁尼克·贡德克告诉《大众科学》：“兽医们开玩笑地称他为‘夏洛特·胡迪尼’，因为他们多年来尝试了所有设备。”
最终，神秘水族馆寻求了 Adia 的专业知识。该公司曾为水族馆的一只非洲企鹅制作过定制的矫形靴，但从未与海龟项目合作过。Adia 还与 New Balance Athletics 的计算设计团队联手。除了制造运动鞋，New Balance 还有使用Formlabs 的通用 3D 打印机创建定制设计的经验。
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贡德克说：“我们要解决的问题看起来很简单。我们必须给海龟的尾部增加重量，并且要以一种可以调整的方式来处理困在胃肠道中的气囊。”
然而，即使是看起来简单的问题，也需要尽可能多的专业知识。即使这些知识来自于一位高中生科学家。加布里埃拉·奎罗斯·米兰达在明尼苏达州的明尼阿波利斯高中就一直在研究一种可以帮助患有气泡屁股综合征的海龟的加重带。她的设计甚至为她赢得了著名的 2019 年海军科学奖，并且在同一年她还是英特尔 ISEF 国际科学展览会的决赛选手。
“我对富有创意的解决问题和海洋生物充满热情，所以我试图将两者结合起来，为圈养动物创造更好的浮力解决方案，”目前在佛罗里达州奥兰多环球影城担任游乐设施和安全工程师的奎罗斯·米兰达告诉《大众科学》。
她于 2019 年项目初期加入了团队，与 New Balance 和 Adia 的团队分享了她的获奖设计和知识。
奎罗斯·米兰达说：“从那时起，我们开始为夏洛特设定参数，确定他的关键需求，包括他独特的壳几何形状、浮力挑战以及材料实施的可行性。我们扫描了他的壳，并利用数据设计了一个量身定制的背带，以满足他独特的需要。”
一些早期的解决方案导致壳部感染，所以团队必须找到一种不引起感染的固定重物的方法。它还必须舒适，但又不能让夏洛特轻易挣脱。最终的成果是夏洛特今天使用的定制背带装置。总共花了五年时间和多次尝试才使设计达到理想状态。
夏洛特的新背带由 Formlabs Nylon 11 CF 粉末制成。这种碳纤维填充材料适用于需要坚固、刚性同时保持轻便的物体。
贡德克笑着说：“夏洛特在试穿时，得到了海龟背带中的‘法拉利’。”
团队使用了 Formlabs Fuse 3D 打印机，部分原因是它在为动物打印大型物品方面有着良好的记录。它之前曾被佛罗里达州的 ZooTampa 用来为一只大型犀鸟制作假肢。夏洛特目前重 138 磅，而且还会继续生长，所以背带需要适应他的体型。
更好的生活质量
神秘水族馆的团队已经开始看到背带带来的积极效果。它被用作一种物理疗法，夏洛特每天佩戴几个小时。结果，他的后鳍开始稍微活动得更多，尾巴也开始稍微变直。
博尔斯特说：“成年雄性绿海龟尾巴完全平坦是很常见的。他的尾巴目前因受伤而向下弯曲，我们看到他的尾巴正在稍微变直一些。”
背带还有助于夏洛特平衡浮力，不再用屁股朝天睡觉。海龟通常在野外睡在水面或岩石或珊瑚礁下方。
博尔斯特解释说：“我们还看到他能够以一种更加中性的浮力游泳，这是一个非常积极的迹象，因为我们可以看到他恢复了典型的海龟行为。”
这个项目的最终目标是通过规模化，为需要帮助的其他海龟带来帮助，并创建一种方式，让水族馆和康复中心能够为它们收容的海龟进行数字化的背带创建。
奎罗斯·米兰达说：“从工程角度来看，我认为（这个项目）是对可用性的一次很好的提醒。这里的用户是海龟和兽医，所以这种设备必须对非工程师的兽医来说易于根据需要进行调整，并且舒适，以真正提高海龟的生活质量。”
