В последние годы робототехники и специалисты по информатике разработали множество высокоинновационных систем, которые могли бы помочь людям с ограниченными физическими возможностями, улучшить качество их жизни и способствовать их реабилитации. Эти системы включают в себя мягкие носимые технологии, такие как умные вспомогательные перчатки.
Многие ранее разработанные умные перчатки были изготовлены с использованием пневматических приводов на тканевой основе (FPA), которые по сути представляют собой текстиль, способный производить определенные движения. Хотя некоторые из этих систем достигли многообещающих результатов, они, как правило, могут производить лишь несколько движений с небольшим усилием, что ограничивает их широкое использование в реабилитации и вспомогательном уходе.
Исследователи из Юго-Восточного университета в Китае недавно создали новую мягкую перчатку, которая может обеспечить гораздо большую выходную силу, чем другие перчатки, представленные в прошлом. Эта перчатка, представленная в издании Transactions on IEEE Transactions on Neural Systems и Rehabilitation Engineering, основана на мягком пневматическом приводе с ячеистой структурой.
“Обычные FPA обычно обладают ограниченной выходной силой, что ограничивает применение таких перчаток”, – написали Цзяньвэй Лай, Айго Сонг и их коллеги в своей статье.
“В этой статье представлена разработка нового сотового пневмопривода (HPA), изготовленного с использованием гибкого термопластичного полиуретанового покрытия (TPU) методом горячего прессования или ультразвуковой сварки”.
HPA, лежащий в основе функционирования новой интеллектуальной перчатки, выполняет движения, сгибая и разгибая подушку безопасности, что означает, что она не полностью зависит от физических деформаций и высокого давления воздуха. Благодаря своей уникальной конструкции привод позволяет пальцам на перчатке сгибаться под большим углом и захватывать предметы с большей силой.
“По сравнению с ранее использовавшимися двухслойными пневматическими приводами на тканевой основе (DLFPA), HPAs обеспечивает значительное увеличение конечного выходного усилия на 862%”, – пояснили Лай, Сонг и их коллеги. “Он может создавать усилие на наконечнике 13,57 Н при давлении 150 кПа. Интеграция HPA в мягкую пневматическую перчатку позволяет облегчить различные виды повседневной деятельности.”
Чтобы оценить их мягкую перчатку, исследователи провели серию клинических испытаний с участием девяти пациентов, которые потеряли способность правильно двигать рукой после инсульта и проходили физическую реабилитацию. Этих пациентов попросили пошевелить пальцами с помощью перчатки на основе HPA и без нее.
Во время их клинических испытаний. исследователи использовали два теста для оценки силы, с которой двигались пальцы, и силы захвата. Это позволило им оценить влияние перчатки на способность пациентов двигать пальцами, удерживать предметы, а также оценить степень, в которой пациенты могли адекватно использовать свои руки.
“Результаты эксперимента показывают, что при помощи перчатки углы пястно-фалангового (MCP) и проксимального межфалангового (PIP) суставов пальцев пациентов достигали 87,67 ± 19,27° и 64,2 ± 30,66° соответственно”, – сказали Лай, Сонг и их коллеги.
“Кроме того, среднее усилие на кончиках пальцев достигло 10,16 ± 4,24 Н, среднее усилие захвата достигло 26,04 ± 15,08 Н, а показатель выполнения ежедневных функций пациентами увеличился с 39% до 76%. Эти результаты демонстрируют, что мягкая перчатка эффективно облегчает движения пальцев и значительно улучшает повседневную жизнедеятельность пациентов”.
В будущем мягкие перчатки на основе HPA, разработанные этой командой исследователей, могут быть коммерциализированы и внедрены в медицинских учреждениях в качестве инструмента реабилитации после инсультов или травм. Кроме того, его можно было бы дополнительно модернизировать и использовать в качестве протеза, позволяя людям, которые обычно не могут двигать руками, выполнять основные ручные задачи.