Il primo prototipo del KIT Prosthetic Hand

La mano protesica stampata 3D KIT può afferrare autonomamente oggetti di forme diverse

Le protesi hanno fatto molta strada grazie alla stampa 3D , che le ha rese meno costose, più facilmente personalizzabili e nel complesso più accessibili a più persone. Hanno comunque ampi margini di miglioramento e sviluppo. Persino le protesi mioelettriche, controllate tramite i segnali generati dai muscoli di chi indossa, richiedono attenzione e concentrazione significative per consentire a chi le indossa di afferrare gli oggetti. I sondaggi hanno dimostrato che gli utenti di protesi myolectric desiderano ridurre l’attenzione necessaria per afferrare gli oggetti con le loro mani protesiche – ed è quello che un gruppo di ricercatori dell’Istituto di tecnologia di Karlsruhe (KIT) sta cercando di ottenere con il KIT Prosthetic Hand, documentato in uno studio dal titolo ” Il KIT protesi della mano: design e controllo.“

Il paper presenta il primo prototipo del KIT Prosthetic Hand, un’avanzata protesi stampata in 3D che tenta di “ridurre il carico cognitivo dell’utente” attraverso meccanismi intelligenti che percepiscono gli oggetti e permettono alla forma della presa di adattarsi alla forma dell’oggetto .

“In termini di progettazione meccanica, un meccanismo adattivo e sotto-attuato viene utilizzato per consentire alle dita di avvolgere oggetti di forma arbitraria”, spiegano i ricercatori. “Il sistema di sensori include sensori di posizione nei due motori e una telecamera RGB per la presa in visione. Il sistema integrato di bordo offre la possibilità di integrare le informazioni del sensore propriocettivo, le informazioni visive, il feedback degli utenti e le informazioni sullo stato tramite Bluetooth. ”
La protesi, secondo i ricercatori, è la prima delle loro conoscenze che integra una fotocamera nel palmo. La mano ha anche un aspetto molto simile all’uomo, con tutto l’hardware necessario integrato nel palmo. È completamente controllabile da solo, senza la necessità di alcun meccanismo di controllo esterno. La mano è stata stampata in 3D utilizzando la sinterizzazione laser selettiva in materiale PA2200 (poliammide, PA 12). Secondo i ricercatori, la stampa 3D è stata scelta come metodo di produzione per consentire una facile personalizzazione per chi la indossa – la tecnologia consente inoltre all’hardware di adattarsi perfettamente all’interno del palmo della protesi.

Le quattro dita della mano sono guidate da un meccanismo appositamente sviluppato chiamato meccanismo TUAT / Karlsruhe, e il pollice è azionato da un secondo motore. Questo design consente alle dita di modellarsi naturalmente attorno agli oggetti.

“I tendini passano attraverso tubi in PTFE inseriti nel materiale stampato in 3D per ridurre l’attrito”, proseguono i ricercatori. “Inoltre tutti i giunti attivi e le pulegge di deflessione includono cuscinetti a sfera. Le molle su misura in ogni giunto assicurano la riapertura passiva delle dita. Definendo una pretensione più elevata nelle articolazioni distali, ci impegniamo per un ordine di chiusura simile a quello umano dei segmenti delle dita con i giunti prossimali che si chiudono prima. ”
Il controllo delle dita coinvolge un tendine che corre su diverse pulegge. Se un dito viene bloccato da un oggetto, il tendine si avvolge attorno alla puleggia, consentendo alla mano di chiudere ulteriormente il dito che non è ancora bloccato. Ciò consente alle dita di modellarsi attorno agli oggetti, indipendentemente dalla loro geometria.

Sono stati eseguiti diversi test in cui è stata utilizzata la mano per afferrare oggetti di forme diverse. 60 oggetti sono stati testati e la mano ha afferrato con successo l’82,5% di essi. Ha fallito soprattutto quando cercava di raccogliere oggetti molto sottili come le carte di credito. La mano è stata anche addestrata a riconoscere diversi oggetti comuni catturandone più immagini con la fotocamera incorporata nel palmo.

“Nonostante l’alto grado di integrazione nella meccanica e nel sistema embedded, il nostro approccio è limitato dalla quantità di sensorizzazione che limita l’applicazione di sofisticati schemi di controllo come proposto con impostazioni di sensori esterni”, concludono i ricercatori. “Nonostante si intenda l’integrazione di un sistema di sensori multimodali più completo e il suo utilizzo in schemi di controllo semiautonomi come promettente argomento di ricerca futura. Sulla base del sistema embedded sviluppato, abbiamo quindi intenzione di estendere il nostro lavoro verso una protesi stand-alone che offra la quantità di supporto per la presa intelligente possibile con la potenza di calcolo integrata. ”
Gli autori del documento sono Pascal Weiner, Julia Starke, Felix Hundhausen, Jonas Beil e Tamim Asfour. Ci piace quando più sofisticatezza e prestazioni arrivano ad applicazioni come le protesi. In quest’area, possiamo davvero vedere un sacco di sviluppo nella vita reale di parti della vita reale che sono mirate ad aiutare le persone ogni giorno.

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