보조 치료 및 재활을 위한 벌집형 공압 액추에이터 기반의 부드러운 장갑

2023년 8월 30일 특집

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작성자: Ingrid Fadelli, Tech Xplore

최근 몇 년 동안 로봇공학자와 컴퓨터 과학자들은 신체 장애가 있는 사람들을 돕고 삶의 질을 향상시키며 재활을 도울 수 있는 다양하고 혁신적인 시스템을 개발했습니다. 이러한 시스템에는 스마트 보조 장갑과 같은 소프트 웨어러블 기술이 포함됩니다.

이전에 개발된 많은 스마트 장갑은 기본적으로 특정 동작을 생성할 수 있는 직물인 직물 기반 공압 액추에이터(FPA)를 사용하여 제작되었습니다. 이러한 시스템 중 일부는 유망한 결과를 얻었지만 일반적으로 약간의 힘으로 몇 가지 동작만 생성할 수 있어 재활 및 보조 치료에 널리 사용되는 데 제한이 있습니다.

중국 남동대학 연구진은 최근 과거 선보인 다른 장갑보다 훨씬 더 큰 출력력을 발휘할 수 있는 새로운 부드러운 장갑을 개발했다. 신경 시스템 및 재활 공학에 대한 IEEE 트랜잭션에 대한 트랜잭션에서 소개된 이 장갑은 벌집 구조의 연성 공압 액추에이터를 기반으로 합니다.

Jianwei Lai, Aiguo Song 및 동료들은 논문에서 "기존 FPA는 일반적으로 제한된 출력력을 나타내므로 장갑의 적용이 제한됩니다."라고 썼습니다.

"이 논문은 열간 압착 또는 초음파 용접 기술을 통해 유연한 열가소성 폴리우레탄(TPU) 코팅을 사용하여 제작된 새로운 허니컴 공압 작동기(HPA)의 개발을 제시합니다."

새로운 스마트 장갑의 기능을 뒷받침하는 HPA는 에어백을 구부리고 접어 움직임을 수행하므로 물리적 변형과 높은 공기압에 전적으로 의존하지 않습니다. 독특한 디자인 덕분에 액추에이터는 장갑을 낀 손가락이 각도에 따라 더 많이 구부러지고 더 큰 힘으로 물체를 잡을 수 있게 해줍니다.

Lai, Song 및 동료들은 "이전에 사용된 이중층 직물 기반 공압 작동기(DLFPA)와 비교하여 HPA는 최종 출력 힘이 862%나 증가했습니다"라고 설명했습니다. "150kPa의 압력에서 13.57N의 팁 힘을 생성할 수 있습니다. 부드러운 공압 장갑에 HPA를 통합하면 일상 생활의 다양한 활동을 촉진할 수 있습니다."

부드러운 장갑을 평가하기 위해 연구진은 뇌졸중 후 손을 적절하게 움직일 수 있는 능력을 상실하고 신체 재활을 받고 있는 9명의 환자를 대상으로 일련의 임상 시험을 수행했습니다. 이 환자들은 HPA 기반 장갑의 도움을 받거나 사용하지 않고 손가락을 움직여야 했습니다.

임상 시험 중. 연구자들은 손가락이 움직이는 힘과 쥐는 힘을 평가하기 위해 두 가지 테스트를 사용했습니다. 이를 통해 그들은 장갑이 환자의 손가락을 움직이고 물체를 잡는 능력에 미치는 영향을 평가하고 환자가 손을 적절하게 사용할 수 있는 정도를 추정할 수 있었습니다.