만성 뇌졸중 환자를 위한 유연한 웨어러블 Supernumerary Robotic Limb

요약

이 프로토콜은 뇌졸중 환자의 손가락 재활을 돕기 위해 맞춤화된 유연한 웨어러블 초숫자 로봇 팔다리를 도입합니다. 이 설계는 원활한 인간-로봇 상호 작용을 촉진하기 위해 굽힘 센서를 통합합니다. 건강한 지원자와 뇌졸중 환자를 모두 대상으로 한 실험을 통한 검증은 제안된 연구의 효능과 신뢰성을 강조합니다.

초록

본 연구에서는 만성 뇌졸중 환자의 손가락 재활 및 잡기 동작을 돕는 유연한 웨어러블 초수형 로봇 팔다리를 제시합니다. 이 혁신적인 팔다리의 디자인은 구부러진 공압 근육과 코끼리 몸통 끝의 독특한 특성에서 영감을 받았습니다. 경량 구조, 안전, 규정 준수, 방수 및 높은 출력 대 중량/압력 비율 달성과 같은 중요한 요소에 중점을 둡니다. 제안된 구조는 로봇 팔다리가 엔벨로프 및 손가락 끝 파지기를 모두 수행할 수 있도록 합니다. 인간과 로봇의 상호 작용은 유연한 굽힘 센서를 통해 촉진되며, 착용자의 손가락 움직임을 감지하고 임계값 분할 방법을 통해 모션 제어에 연결합니다. 또한 이 시스템은 휴대가 가능하여 매일 다양하게 사용할 수 있습니다. 이 혁신의 효과를 검증하기 위해 6명의 만성 뇌졸중 환자와 3명의 건강한 지원자를 대상으로 실제 실험을 수행했습니다. 설문지를 통해 받은 피드백에 따르면 설계된 메커니즘은 만성 뇌졸중 환자의 일상적인 잡기 활동을 지원하여 잠재적으로 삶의 질과 재활 결과를 개선하는 데 엄청난 가능성을 가지고 있습니다.

서문

이전 연구1에 따르면 2019년 기준 전 세계적으로 뇌졸중 환자가¹억 명을 넘어섰습니다. 이 중 약 2/3는 편마비 후유증으로 이어졌으며, 중증 편마비 뇌졸중 환자의 80% 이상은 손과 팔의 기능을 완전히 회복하지 못했다². 또한 고령 인구는 향후 수십 년 동안 계속 증가할 것으로 예상되어 잠재적인 뇌졸중 환자의 수가 크게 증가할 것으로 예상됩니다. 뇌졸중 후 지속되는 상지 장애는 일상 생활 활동(ADL)에 상당한 영향을 미칠 수 있으며, 손 재활은 만성 뇌졸중 환자의 활동과 참여를 향상시키는 중요한 목표로 임상적으로 인식되고 있다³.

기존의 모터 구동 로봇 상지 장치는 상당한 추진력을 제공할 수 있지만 단단한 구조로 인해 크기가 크고 무게가 많이 나가는 경우가 많습니다. 또한 오작동할 경우 인체에 돌이킬 수 없는 해를 끼칠 위험이 있습니다. 대조적으로, 소프트 공압 액추에이터는 재활⁴, 보조⁵ 및 외과적 응용⁶에서 상당한 잠재력을 보여주었다. 장점으....

프로토콜

이 프로토콜은 Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology의 윤리 검토 위원회의 승인을 받았습니다. 진단 기준을 충족하고 저자 병원의 재활과, 외래 및 입원 병동에서 치료를 받고 있는 상지 기능 장애 환자를 참가자로 선정했습니다. 환자의 운동 기능 회복은 Brunnstrom 회복 단계²¹에 따라 평가되었으며 3-5기 환자가 실험에 참여하도록 선택되었습니다. 연구에 참여한 환자로부터 서면 동의서를 받았습니다. 이 절차에는 공압 그리퍼의 금형 설계, 경화된 실리콘 고무를 기반으로 하는 공압 그리퍼의 제조 공정, 휴대용 장치의 통합, 파악 의도 감지를 위한 소프트웨어 및 하드웨어 구현이 포함됩니다. 실리콘 고무 및 일반 직물을 제외한 모든 웨어러블 구성 요소는 3D 프린팅 기술을 사용하여 생산됩니다( 보충 코딩 파일 1-5 참조).

1. 공압 그리퍼 설계 및 제작

1. 그림 22A,B와 같이 미리 설계된 몰드^1<....

토론

이 연구는 만성 뇌졸중 환자의 손가락 재활 및 그립 작업을 지원하도록 설계된 혁신적이고 유연하며 웨어러블한 수퍼 숫자 로봇 팔다리를 제시합니다. 이 로봇 시스템은 휴대성을 우선시하며 엔벨로프 잡기 및 손가락 끝 잡기 기능을 모두 제공합니다. 사용자 친화적인 인간-기계 상호 작용 제어를 위해 유연한 굽힘 센서가 통합되어 있습니다. 정적 파지 실험은 두 가지 별개의 파지 모드에서 설계.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Air Compressor	Xinweicheng	F35L-JJ-24V	Provide air supply for the pneumatic gripper
Arduino	Emakefun	Mega 2560	Single-chip microcomputer/data acquisition card
Backpack	Mujin		Integrating external devices
Flex Sensor	Spectra Symbol	Flex Sensor 2.2	Flexible bending sensors
Power supply	Yisenneng	YSN-37019200	Provide power
PU quick-plug connector	Elecall	PU-6	Connector for PU tube
PU tube	Baishehui	ZDmJKJJy	Air line connection
Silicone elastomer	Wacker	ELASTOSIL M4601 A/B	Material of the pneumatic gripper
Thermostatic chamber	Ruyi	101-00A	Constant temperature to accelerate the curing of silicone
Vacuum dryer	Fujiwara	PC-3	Further defoaming
Vacuum mixing and degassing machine	Smida	TMV-200T	Mix silicone thoroughly and get it defoamed
Valve	SMC	NTV1030-312CL	Control the air pressure