Группа исследователей из Китайского университета науки и технологий (USTC) недавно разработала легкий протез руки с 19 степенями свободы (DOF), способный воспроизводить функции человеческой руки. Эта разработка может помочь в функциональной реабилитации и повседневной деятельности миллионов людей с ампутированными верхними конечностями. Исследование было опубликовано в Nature Communications.
Человеческая рука с ее 23 степенями свободы обеспечивает около 54% от общей двигательной способности тела, несмотря на то, что весит всего около 1/150 веса тела. Однако традиционные протезы рук обычно полагаются на механизмы с моторным приводом, которые часто сталкиваются с ограничениями из-за низкой плотности мощности, что приводит к трудностям балансировки между степенями свободы и весом. Поэтому при проектировании более эффективных протезов рук необходимо учитывать как ловкость движений с высокой степенью свободы, так и комфорт пользователя.
Для решения этой проблемы исследовательская группа использовала сплавы с эффектом памяти формы (SMA) с высоким отношением мощности к весу в качестве искусственных мышечных приводов. Они использовали биомиметическую систему передачи, приводимую в действие сухожилиями, которая усиливает движущую силу SMA, одновременно снижая сопротивление передачи. Основываясь на характеристиках отдельных передач, подобных сухожилиям, исследователи интегрировали 23 сенсорных блока в пальцы и запястье для достижения точного управления суставами.
Кроме того, протез руки включает охлаждающий модуль с 38 приводами SMA, что обеспечивает 19 активных степеней свободы. Благодаря этой биомиметической конструкции и высокой интеграции протез руки весит всего 0,37 кг и обладает ловкостью на уровне человека, способным выполнять повседневные задачи, такие как расчесывание волос, письмо, рукопожатие, обмен визитными карточками и игра в шахматы.
Что касается функциональности, протез руки интегрирует технологию распознавания голоса , предоставляя простую, удобную и экономически эффективную систему взаимодействия человека с машиной. Он поддерживает 60 языков и 20 диалектов, с точностью распознавания 95% и временем отклика, измеряемым в миллисекундах, что делает его пригодным для широкого использования среди людей с ампутированными конечностями.
Кроме того, рука также демонстрирует способность управлять ножницами, использовать смартфон и выполнять сложные жесты языка жестов. Она воспроизводит 33 традиционных хватательных движения человеческой руки и добавляет еще шесть продвинутых хватательных действий, предлагая широкий спектр сценариев применения.
Подводя итог, можно сказать, что это исследование представляет собой скачок вперед в области протезирования. Новая технология может изменить жизнь людей с ампутированными конечностями, предоставив им возможность двигаться более свободно, выполнять повседневные задачи с большей легкостью и вернуть уверенность. Кроме того, рука демонстрирует большой потенциал для инженерных приложений, предоставляя эффективное решение как для ловкости гуманоидного робота, так и для высокопроизводительных исследований протезной руки.
