Ein weicher Handschuh auf Basis pneumatischer Wabenantriebe für die unterstützende Pflege und Rehabilitation

Feature vom 30. August 2023

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von Ingrid Fadelli, Tech Xplore

In den letzten Jahren haben Robotiker und Informatiker eine Vielzahl hochinnovativer Systeme entwickelt, die Menschen mit körperlichen Behinderungen unterstützen, ihre Lebensqualität verbessern und ihre Rehabilitation unterstützen könnten. Zu diesen Systemen gehören weiche tragbare Technologien, wie zum Beispiel intelligente Assistenzhandschuhe.

Viele zuvor entwickelte intelligente Handschuhe wurden mit stoffbasierten pneumatischen Aktuatoren (FPAs) hergestellt, bei denen es sich im Wesentlichen um Textilien handelt, die bestimmte Bewegungen ausführen können. Während einige dieser Systeme vielversprechende Ergebnisse erzielten, können sie in der Regel nur wenige Bewegungen mit geringem Kraftaufwand ausführen, was ihren breiten Einsatz in der Rehabilitation und unterstützenden Pflege einschränkt.

Forscher der Southeast University in China haben kürzlich einen neuen weichen Handschuh entwickelt, der eine weitaus größere Ausgangskraft erreichen könnte als andere in der Vergangenheit eingeführte Handschuhe. Dieser Handschuh, der in „Transactions on IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering“ vorgestellt wurde, basiert auf einem weichen pneumatischen Aktuator mit Wabenstruktur.

„Herkömmliche FPAs weisen typischerweise eine begrenzte Ausgangskraft auf, wodurch die Einsatzmöglichkeiten solcher Handschuhe eingeschränkt werden“, schreiben Jianwei Lai, Aiguo Song und Kollegen in ihrer Arbeit.

„In diesem Artikel wird die Entwicklung eines neuartigen pneumatischen Wabenantriebs (HPA) vorgestellt, der unter Verwendung einer flexiblen Beschichtung aus thermoplastischem Polyurethan (TPU) durch Heißpressen oder Ultraschallschweißtechniken hergestellt wird.“

Der HPA, der die Funktion des neuen intelligenten Handschuhs untermauert, führt Bewegungen durch Biegen und Falten eines Airbags aus, was bedeutet, dass er nicht vollständig auf physische Verformungen und hohen Luftdruck angewiesen ist. Aufgrund seines einzigartigen Designs kann der Aktuator es den Fingern am Handschuh ermöglichen, sich stärker in ihrem Winkel zu beugen und Gegenstände mit größerer Kraft zu greifen.

„Im Vergleich zu den zuvor verwendeten pneumatischen Aktuatoren auf Doppelschichtgewebebasis (DLFPAs) führen die HPAs zu einer bemerkenswerten Steigerung der Endausgangskraft um 862 %“, erklärten Lai, Song und ihre Kollegen. „Es kann eine Spitzenkraft von 13,57 N bei einem Druck von 150 kPa erzeugen. Die Integration von HPAs in einen weichen pneumatischen Handschuh ermöglicht die Erleichterung verschiedener Aktivitäten des täglichen Lebens.“

Um ihren weichen Handschuh zu bewerten, führten die Forscher eine Reihe klinischer Studien mit neun Patienten durch, die nach einem Schlaganfall die Fähigkeit verloren hatten, ihre Hand richtig zu bewegen, und sich in einer körperlichen Rehabilitation befanden. Diese Patienten wurden gebeten, ihre Finger mit und ohne Unterstützung des HPA-basierten Handschuhs zu bewegen.

Während ihrer klinischen Studien. Die Forscher verwendeten zwei Tests, um die Kraft, mit der sich die Finger bewegten, und die Griffkraft zu bewerten. Dadurch konnten sie beurteilen, welche Auswirkungen der Handschuh auf die Fähigkeit der Patienten hatte, ihre Finger zu bewegen und Gegenstände festzuhalten, und auch abschätzen, inwieweit die Patienten ihre Hände angemessen nutzen konnten.

„Die experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Finger-Metakarpophalangealgelenke (MCP) und die proximalen Interphalangealgelenke (PIP) der Patienten mit Unterstützung des Handschuhs Winkel von 87,67 ± 19,27° bzw. 64,2 ± 30,66° erreichten“, sagten Lai, Song und ihre Kollegen .

„Darüber hinaus erreichte die durchschnittliche Fingerspitzenkraft 10,16 ± 4,24 N, die durchschnittliche Griffkraft erreichte 26,04 ± 15,08 N und die Abschlussrate der täglichen Aufgaben für die Patienten stieg von 39 % auf 76 %. Diese Ergebnisse zeigen, dass der weiche Handschuh effektiv hilft.“ in den Fingerbewegungen und verbessert die tägliche Leistungsfähigkeit der Patienten erheblich.“

In Zukunft könnte der von diesem Forscherteam entwickelte weiche Handschuh auf HPA-Basis kommerzialisiert und im Gesundheitswesen als Hilfsmittel zur Rehabilitation nach Schlaganfällen oder Verletzungen eingeführt werden. Darüber hinaus könnte es weiter modernisiert und als prothetisches Werkzeug verwendet werden, sodass Personen, die normalerweise nicht in der Lage sind, ihre Hände zu bewegen, grundlegende manuelle Aufgaben ausführen können.

Mehr Informationen: Jianwei Lai et al., Ein neuartiger weicher Handschuh, der pneumatische Wabenaktuatoren (HPAs) zur Unterstützung von Aktivitäten des täglichen Lebens nutzt, IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering (2023). DOI: 10.1109/TNSRE.2023.3302612

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