Este trabalho é apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China sob Grant U1913207 e pelo Programa para Jovens de Fronteira Acadêmica do HUST. Os autores agradecem o apoio dessas fundações.

Este protocolo foi aprovado pelo Comitê de Ética do Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology. Foram selecionados como participantes pacientes com distúrbios funcionais dos membros superiores que preenchiam os critérios diagnósticos e estavam em tratamento no ambulatório e nas unidades de internação do departamento de reabilitação do hospital autor. A recuperação da função motora dos pacientes foi avaliada de acordo com os estágios de recuperação de Brunnstrom21, e os pacientes nos estágios 3-5 foram escolhidos para participar dos experimentos. Consentimento informado foi obtido dos pacientes que participaram do estudo. O procedimento inclui o projeto do molde para a pinça pneumática, o processo de fabricação da pinça pneumática à base de borracha de silicone curada, a integração de dispositivos portáteis e a implementação de software e hardware para detecção de intenção de preensão. Com exceção da borracha de silicone e dos tecidos comuns, todos os componentes vestíveis são produzidos usando a tecnologia de impressão 3D (consulte Arquivos de codificação suplementares 1-5).
1. Projetando e fabricando a pinça pneumática
<ol><li>Montar o moldepré-projetado 22 como mostrado na Figura 1A,B. Em seguida, use cola hot melt para fixar as fibras de vidro nas posições designadas no molde, conforme ilustrado na Figura 1C. Certifique-se de usar cola hot melt para selar quaisquer áreas potenciais que possam causar vazamento de silicone.</li>
	<li>Pesar uma quantidade adequada de componentes A e B do elastômero de silicone (9:1 em peso) (ver Tabela de materiais) e misturá-los na proporção especificada. Após a mistura, utilizar uma máquina de mistura e desgaseificação a vácuo com uma força centrífuga variável, determinada pelo programa predefinido interno da máquina. Assim que a mistura estiver pronta, injete-a imediatamente no molde montado, conforme ilustrado na Figura 1D. NOTA: A força centrífuga variável é controlada pela máquina de mistura e desgaseificação a vácuo através do seu programa predefinido interno (ver Tabela de Materiais). A força centrífuga deve ser aumentada gradualmente para garantir a mistura completa da borracha de silicone e a remoção de quaisquer bolhas de ar aprisionadas.</li>
	<li>Deixe o molde descansar por aproximadamente 30 s e, em seguida, coloque-o em um secador a vácuo por cerca de 1 min para permitir que quaisquer pequenas bolhas de ar na borracha de silicone escapem. Retire o molde do secador e coloque-o como um todo em uma câmara termostática regulada a 30 °C por 12 h, permitindo a cura da borracha de silicone.</li>
	<li>Repita as etapas descritas na segunda etapa injetando a borracha de silicone misturada no molde mostrado na Figura 1E. Em seguida, coloque o corpo de borracha desmoldada mostrado na Figura 1F no molde preenchido com borracha de silicone. Coloque todo o conjunto em uma câmara termostática regulada a 30 °C por 12 h para permitir que a borracha de silicone cure.</li>
	<li>Remova o corpo de borracha de silicone curada do molde e corte qualquer excesso de borracha de silicone. A fabricação da garra flexível está concluída. NOTA: A cavidade é composta por dois conjuntos de grades pneumáticas, que são independentes uma da outra. Devido à diferença significativa no módulo de elasticidade entre as fibras de vidro e a estrutura corrugada, a pinça pneumática dobra-se para dentro quando inflada, permitindo ações de apreensão do envelope. A ponta do dedo é projetada com uma saliência semelhante a uma tromba de elefante, permitindo ações de agarrar a ponta dos dedos.</li>
</ol>2. Montagem do membro robótico supernumerário flexível vestível
NOTA: O membro robótico supranumerário vestível inclui uma mini bomba de ar, válvulas de ar, um microcomputador de chip único, pinça pneumática, fonte de alimentação, sensores de flexão flexíveis, uma luva vestível e acessórios para conexões pneumáticas e elétricas (consulte a Tabela de Materiais), conforme mostrado na Figura 2.
<ol><li>Meticulosamente artesanal a luva vestível com a ajuda de um alfaiate. Certifique-se de que ele passe por várias iterações e melhorias com base no feedback do usuário e na experiência do alfaiate.</li>
	<li>Fixe a pinça pneumática com peças impressas em 3D e fixe-a na posição apropriada na luva usando fita adesiva.</li>
	<li>Incorpore três sensores de flexão flexíveis (consulte a Tabela de Materiais), conforme mostrado na Figura 3 , na luva. Coloque-os nos dedos indicador, médio e anelar, respectivamente, alinhando-os com a parte de trás dos dedos. Use um cartão de aquisição de dados para gravar sinais dos sensores.</li>
	<li>Amplifice os sinais do sensor e encaminhe-os para um Arduino (veja Tabela de Materiais). Processe esses sinais usando uma janela deslizante e filtragem de mínimos quadrados dentro do Arduino23. Utilize esses valores estimados como dados de linha de base para detecção de intenção.</li>
	<li>Coloque componentes como a bomba de ar, válvulas de ar, placa de controle e fonte de alimentação em uma mochila para portabilidade. Consulte a Figura 4 para obter uma representação visual do efeito de desgaste.</li>
</ol>3. Detectando a intenção de apreensão
NOTA: Quando os dedos do usuário geram movimento, o sinal de feedback do sensor muda de acordo. Ele funciona aumentando a resistência no circuito à medida que o componente se curva mais. A Figura 5 mostra os valores registrados do sinal do sensor de flexão flexível durante o movimento dos dedos de um voluntário. As três curvas correspondem aos sinais obtidos dos sensores colocados nos três dedos. Pacientes com hemiparesia geralmente têm mobilidade limitada dos dedos, mas o sensor é capaz de detectar alterações significativas.
<ol><li>Colete dados sobre o alcance e o padrão de mudanças do sensor durante os movimentos dos dedos. Selecione os valores limite apropriados com base na amplitude do sensor detectado para controlar a ativação da bomba. Instrua os participantes a mover os dedos livremente dentro de sua faixa de habilidade. Determine os valores limite como as médias dos valores de pico e vale da realimentação do sensor. NOTA: Quando o sinal do sensor excede o valor limite definido, a bomba começa a funcionar. A pressão do ar aumenta à medida que os dedos se dobram ainda mais. Por outro lado, quando o ângulo de flexão dos dedos diminui e o sensor detecta um sinal abaixo do limiar, a válvula de ar libera a pressão para zero e a pinça pneumática é liberada.</li>
	<li>Peça ao usuário que observe o estado da pinça pneumática e determine o momento adequado para parar de inflar o ar e parar de dobrar mais os dedos.</li>
	<li>Repita os testes acima para estabelecer um limite razoável e se familiarizar com o uso deste dispositivo.</li>
</ol>4. Testando o dispositivo com voluntários saudáveis
<ol><li>Recrutar três voluntários saudáveis com habilidades motoras normais de membros superiores para o estudo para confirmar os efeitos de desgaste e preensão do protótipo.</li>
	<li>Ajuste a pressão máxima de ar para a pinça pneumática para 100 kPa. Instrua os participantes a flexionar e estender os dedos. Peça aos participantes que usem o protótipo e realizem experimentos de agarramento e liberação em objetos de várias formas usando o método mencionado anteriormente.</li>
	<li>Solicite feedback dos usuários sobre sua experiência e ajuste o esquema de uso com base em suas sugestões. NOTA: Conforme ilustrado na Figura 6, os participantes envolveram e agarraram com sucesso objetos cilíndricos de diferentes tamanhos usando o protótipo. Além disso, eles também completaram tarefas de preensão na ponta dos dedos em objetos retangulares em forma de bloco.</li>
</ol>5. Reabilitação e assistência de apreensão para pacientes
<ol><li>Avaliar a recuperação da função motora dos pacientes de acordo com os estágios de recuperação de Brunnstrom21 por profissionais médicos. Só permitir que pacientes nos estágios 3-5 participem dos experimentos para treinamento de reabilitação ou assistência diária.</li>
	<li>Recrutar seis pacientes hemiparéticos crônicos para validar a confiabilidade e eficácia do protótipo. Instruir os pacientes a usar a luva de forma independente (excluindo a mochila) e mover os dedos dentro de sua faixa de habilidade para calibrar os valores limiares.</li>
	<li>Durante a fase de reabilitação, incentive os pacientes a se envolverem em várias tarefas de preensão para exercitar os músculos dos dedos. Peça aos pacientes que se sentem à beira de uma mesa e usem o protótipo para realizar uma série de atividades de preensão, incluindo agarrar uma garrafa de água, uma banana, um cubo e uma escova de dentes.</li>
	<li>Peça aos pacientes que preencham questionários de pesquisa relevantes (Arquivo Suplementar 1) com base em suas experiências pessoais após o experimento. Avalie seis sentimentos subjetivos: confiança na função do sistema; facilidade de uso; comodidade e conforto de usá-lo; efetividade e utilidade para a reabilitação; eficácia e utilidade na vida diária; áreas que ainda precisam de melhorias.</li>
	<li>Classifique suas respostas em uma escala de 1 a 5, onde 1 representa discordo totalmente e 5 representa concordo totalmente. Registre os dados e analise os problemas com o protótipo e potenciais áreas de melhoria com base no questionário. NOTA: Isso não só agrega interesse ao treinamento de reabilitação, mas também aumenta a disposição do paciente em participar do processo de recuperação. Nos casos em que os pacientes atingiram uma condição estável, mas ainda lutam para realizar tarefas de preensão com os dedos, o uso do membro robótico pode auxiliar na realização de certas ações diárias de preensão necessárias para a vida cotidiana.</li>
</ol>

Revolucionando a reabilitação do AVC com maior preensão e recuperação dos dedos

<ol>
	<li>Feigin, V. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global,+regional,+and+national+burden+of+stroke+and+its+risk+factors,+1990-2019:+A+systematic+analysis+for+the+global+burden+of+disease+study+2019.">Global, regional, and national burden of stroke and its risk factors, 1990-2019: A systematic analysis for the global burden of disease study 2019.</a> The Lancet Neurology. 20 (10), 795-820 (2021).</li><li>Nakayma, H., J&#248;rgensen, H. S., Raaschou, H. O., Olsen, T. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Compensation+in+recovery+of+upper+extremity+function+after+stroke:+The+copenhagen+stroke+study.">Compensation in recovery of upper extremity function after stroke: The copenhagen stroke study.</a> Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 75 (8), 852-857 (1994).</li><li>Faria-Fortini, I., Michaelsen, S. M., Cassiano, J. G., Teixeira-Salmela, L. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Upper+extremity+function+in+stroke+subjects:+Relationships+between+the+international+classification+of+functioning,+disability,+and+health+domains.">Upper extremity function in stroke subjects: Relationships between the international classification of functioning, disability, and health domains.</a> Journal of Hand Therapy. 24 (3), 257-265 (2011).</li><li>Al-Fahaam, H., Davis, S., Nefti-Meziani, S., Theodoridis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Novel+soft+bending+actuator-based+power+augmentation+hand+exoskeleton+controlled+by+human+intention.">Novel soft bending actuator-based power augmentation hand exoskeleton controlled by human intention.</a> Intelligent Service Robotics. 11, 247-268 (2018).</li><li>Thalman, C. M., Hsu, J., Snyder, L., Polygerinos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEEE+International+Conference+on+Robotics+and+Automation+(ICRA).">IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).</a> , 8436-8442 (2019).</li><li>Miron, G., Plante, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+principles+for+improved+fatigue+life+of+high-strain+pneumatic+artificial+muscles.">Design principles for improved fatigue life of high-strain pneumatic artificial muscles.</a> Soft Robotics. 3 (4), 177-185 (2016).</li><li>Yun, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEEE+International+Conference+on+Robotics+and+Automation+(ICRA).">IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA).</a> , 2904-2910 (2017).</li><li>Tran, P., Jeong, S., Herrin, K. R., Desai, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hand+exoskeleton+systems,+clinical+rehabilitation+practices,+and+future+prospects.">Hand exoskeleton systems, clinical rehabilitation practices, and future prospects.</a> IEEE Transactions on Medical Robotics and Bionics. 3 (3), 606-622 (2021).</li><li>Ort, T., Wu, F., Hensel, N. C., Asada, H. 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K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+magnetic+resonance+compatible+soft+wearable+robotic+glove+for+hand+rehabilitation+and+brain+imaging.">A magnetic resonance compatible soft wearable robotic glove for hand rehabilitation and brain imaging.</a> IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. 25 (6), 782-793 (2016).</li><li>Yun, S. S., Kang, B. B., Cho, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exo-glove+pm:+An+easily+customizable+modularized+pneumatic+assistive+glove.">Exo-glove pm: An easily customizable modularized pneumatic assistive glove.</a> IEEE Robotics and Automation Letters. 2 (3), 1725-1732 (2017).</li><li>Polygerinos, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEEE+International+Workshop+on+Intelligent+Robots+and+Systems+(IROS).">IEEE International Workshop on Intelligent Robots and Systems (IROS).</a> , 1512-1517 (2013).</li><li>Stilli, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEEE+International+Conference+on+Soft+Robotics+(RoboSoft).">IEEE International Conference on Soft Robotics (RoboSoft).</a> , 579-584 (2018).</li><li>Zhang, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+sense+of+spatio-temporal+preserving+representations+for+eeg-based+human+intention+recognition.">Making sense of spatio-temporal preserving representations for eeg-based human intention recognition.</a> IEEE Transactions on Cybernetics. 50 (7), 3033-3044 (2019).</li><li>Sirintuna, D., Ozdamar, I., Aydin, Y., Basdogan, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IEEE+International+Workshop+on+Robot+and+Human+Communication+(ROMAN).">IEEE International Workshop on Robot and Human Communication (ROMAN).</a> , 1280-1287 (2020).</li><li>Mahmud, S., Lin, X., Kim, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=2020+10th+Annual+Computing+and+Communincation+Workshop+and+Conferenece+(CCWC).">2020 10th Annual Computing and Communincation Workshop and Conferenece (CCWC).</a> , 0768-0773 (2020).</li><li>Asghar, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+on+electromyography+based+intention+for+upper+limb+control+using+pattern+recognition+for+human-machine+interaction.">Review on electromyography based intention for upper limb control using pattern recognition for human-machine interaction.</a> Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part H: Journal of Engineering in Medicine. 236 (5), 628-645 (2022).</li><li>Naghdi, S., Ansari, N. N., Mansouri, K., Hasson, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+neurophysiological+and+clinical+study+of+brunnstrom+recovery+stages+in+the+upper+limb+following+stroke.">A neurophysiological and clinical study of brunnstrom recovery stages in the upper limb following stroke.</a> Brain Injury. 24 (11), 1372-1378 (2010).</li><li>Ru, H., Huang, J., Chen, W., Xiong, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modeling+and+identification+of+rate-dependent+and+asymmetric+hysteresis+of+soft+bending+pneumatic+actuator+based+on+evolutionary+firefly+algorithm.">Modeling and identification of rate-dependent and asymmetric hysteresis of soft bending pneumatic actuator based on evolutionary firefly algorithm.</a> Mechanism and Machine Theory. 181, 105169 (2023).</li><li>Qin, L., Wu, W., Tian, Y., Xu, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lidar+filtering+of+urban+areas+with+region+growing+based+on+moving-window+weighted+iterative+least-squares+fitting.">Lidar filtering of urban areas with region growing based on moving-window weighted iterative least-squares fitting.</a> IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 14 (6), 841-845 (2017).</li><li>Liu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+two-finger+soft-robotic+gripper+with+enveloping+and+pinching+grasping+modes.">A two-finger soft-robotic gripper with enveloping and pinching grasping modes.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 26 (1), 146-155 (2020).</li><li>Tawk, C., Sariyildiz, E., Alici, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Force+control+of+a+3D+printed+soft+gripper+with+built-in+pneumatic+touch+sensing+chambers.">Force control of a 3D printed soft gripper with built-in pneumatic touch sensing chambers.</a> Soft Robotics. 9 (5), 970-980 (2022).</li><li>Zuo, W., Song, G., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Grasping+force+control+of+robotic+gripper+with+high+stiffness.">Grasping force control of robotic gripper with high stiffness.</a> IEEE/ASME Transactions on Mechatronics. 27 (2), 1105-1116 (2021).</li><li>Watanabe, T., Morino, K., Asama, Y., Nishitani, S., Toshima, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Variable-grasping-mode+gripper+with+different+finger+structures+for+grasping+small-sized+items.">Variable-grasping-mode gripper with different finger structures for grasping small-sized items.</a> IEEE Robotics and Automation Letters. 6 (3), 5673-5680 (2021).</li></ol>

Os autores não têm nada a revelar.

Este estudo apresenta um membro robótico supernumerário inovador, flexível e vestível, projetado para auxiliar pacientes com AVC crônico em tarefas de reabilitação e preensão dos dedos. Este sistema robótico prioriza a portabilidade e oferece funcionalidades de preensão de envelope e de apreensão na ponta do dedo. Ele incorpora um sensor de flexão flexível para controle de interação homem-máquina fácil de usar. Experimentos de preensão estática validam as capacidades de preensão do mecanismo projetado...

De acordo com pesquisas anteriores1, em 2019, havia mais de 100 milhões de casos de AVC em todo o mundo. Aproximadamente dois terços desses casos resultaram em sequelas hemiplégicas, e mais de 80% dos pacientes com AVC hemiplégico grave não conseguiram recuperar totalmente a função da mão e do braço2. Além disso, espera-se que o envelhecimento populacional continue crescendo nas próximas décadas, levando a um aumento significativo no número de potenciais vítimas de AVC. Os comprometimentos persistentes dos membros superiores após um AVC podem afetar significativamente as atividades de vida diária (AVD), e a reabilitação da mão tem sido clinicamente reconhecida como um objetivo crítico para aumentar a atividade e a participação de pacientes com AVC crônico3.
Os dispositivos robóticos tradicionais de membros superiores acionados por motor podem fornecer força motriz substancial, mas suas estruturas rígidas geralmente se traduzem em grandes tamanhos e pesos elevados. Além disso, eles representam o risco de causar danos irreversíveis ao corpo humano se funcionarem mal. Em contraste, atuadores pneumáticos moles têm demonstrado considerável potencial na reabilitação4, assistência5 e aplicações cirúrgicas6. Suas vantagens incluem segurança, construção leve e conformidade inerente.
Nos últimos anos, inúmeros robôs vestíveis flexíveis surgiram, projetados e desenvolvidos em torno de atuadores pneumáticos macios. Esses robôs foram destinados à reabilitação e assistência pós-reabilitação dos membros superiores de pacientes com AVC. Englobam principalmente exoesqueletos de mão7,8 e membros supranumerários 9,10. Embora ambos sejam utilizados nos campos da robótica vestível e da reabilitação, o primeiro interage diretamente com o corpo humano, potencialmente restringindo músculos ou articulações, enquanto o segundo complementa o espaço de trabalho ou movimento humano sem restrição direta11,12. Dedos robóticos supranumerários vestíveis baseados em servomotores foram desenvolvidos para auxiliar terapeutas ocupacionais no treinamento das atividades de vida diária (AVDs)9. Abordagem semelhante pode ser encontrada em outras pesquisas10. Essas duas categorias de dedos robóticos introduziram novas possibilidades para a aplicação desses robôs na assistência à reabilitação de pacientes hemiparéticos. No entanto, vale ressaltar que a estrutura rígida empregada nesses projetos robóticos pode introduzir potenciais considerações em relação ao conforto e segurança do usuário. Foram apresentados o projeto, a fabricação e a avaliação de uma luva robótica soft wearable13, que pode ser usada para reabilitação da mão e treinamento específico de tarefas durante a Ressonância Magnética funcional (RMf). A luva utiliza atuadores pneumáticos macios feitos de elastômeros de silicone para gerar o movimento articular dos dedos, e o dispositivo é compatível com RM sem causar artefatos em imagens de RMf. introduziram a Exo-Glove PM, uma luva de assistência pneumática macia personalizável que utiliza uma abordagem baseada em montagem14. Este design inovador apresenta pequenos módulos e distâncias ajustáveis entre eles, permitindo que os usuários personalizem a luva com base em seu comprimento de falange usando espaçadores. Essa abordagem maximiza o conforto e o desempenho sem a necessidade de fabricação personalizada. Pesquisadores apresentaram atuadores macios compostos de materiais elastoméricos com canais integrados funcionando como redespneumáticas 15. Esses atuadores geram movimentos de flexão que se ajustam com segurança aos movimentos dos dedos humanos. Além disso, os pesquisadores apresentaram o AirExGlove, um dispositivo de exoesqueleto macio inflável leve e adaptável16. Esse sistema é econômico, personalizável para diferentes tamanhos de mão e tem acomodado com sucesso pacientes com diferentes níveis de espasticidade muscular. Ele oferece uma solução mais ergonômica e flexível em comparação com sistemas robóticos rígidos. Embora esses estudos tenham feito contribuições significativas para o desenvolvimento de robôs flexíveis de reabilitação de mãos vestíveis e assistivos, vale a pena notar que nenhum deles alcançou portabilidade completa e controle de interação humano-robô.
Numerosos estudos têm explorado a correlação entre sinais biológicos, como eletroencefalograma (EEG)17 ou eletromiograma (EMG)18, e a intenção humana. No entanto, ambas as abordagens têm certas limitações dentro das restrições dos dispositivos existentes e das condições tecnológicas. Eletrodos invasivos requerem procedimentos cirúrgicos no corpo humano, enquanto eletrodos não invasivos sofrem problemas como altos níveis de ruído e falta de confiabilidade na aquisição do sinal. Discussões detalhadas sobre essas limitações podem ser encontradas na literatura19,20. Portanto, a busca de pesquisas sobre a portabilidade e as capacidades de interação homem-máquina fáceis de usar de membros robóticos supernumerários vestíveis flexíveis permanece altamente relevante.
Neste estudo, um membro robótico supernumerário flexível e flexível foi projetado e fabricado para auxiliar pacientes com AVC crônico na reabilitação dos dedos e assistência de preensão. Este membro robótico é caracterizado por sua leveza, segurança, conformidade, impermeabilização e impressionante relação peso/pressão. Dois modos de preensão, envelope e preensão na ponta do dedo, foram alcançados, mantendo a portabilidade e garantindo uma interação amigável entre humanos e robôs. O protocolo detalha o projeto e o processo de fabricação da pinça pneumática e do esquema vestível. Além disso, um método de interação humano-robô baseado em sensores de flexão flexíveis foi proposto, permitindo um controle conveniente e fácil de usar através da segmentação de limiar. Todos esses aspectos foram validados por meio de experimentos práticos.
As principais contribuições deste estudo são resumidas da seguinte forma: (1) Um membro robótico supernumerário flexível leve, amigável e vestível para pacientes com AVC crônico foi projetado e fabricado. (2) Um método confiável de interação humano-robô foi realizado com base em sensores de flexão flexíveis. (3) Experimentos do mundo real foram conduzidos para verificar a efetividade e a confiabilidade do mecanismo e do método propostos, que incluem testes de força de saída e envolvem seis pacientes com AVC crônico.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Air Compressor</td>
			<td>Xinweicheng</td>
			<td>F35L-JJ-24V</td>
			<td>Provide air supply for the pneumatic gripper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino&#160;</td>
			<td>Emakefun</td>
			<td>Mega 2560</td>
			<td>Single-chip microcomputer/data acquisition card</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Backpack</td>
			<td>Mujin</td>
			<td></td>
			<td>Integrating external devices</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Flex Sensor</td>
			<td>Spectra Symbol</td>
			<td>Flex Sensor 2.2</td>
			<td>Flexible bending sensors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Power supply</td>
			<td>Yisenneng</td>
			<td>YSN-37019200</td>
			<td>Provide power</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PU quick-plug connector</td>
			<td>Elecall</td>
			<td>PU-6</td>
			<td>Connector for PU tube</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PU tube</td>
			<td>Baishehui</td>
			<td>ZDmJKJJy</td>
			<td>Air line connection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silicone elastomer</td>
			<td>Wacker</td>
			<td>ELASTOSIL M4601 A/B</td>
			<td>Material of the pneumatic gripper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermostatic chamber</td>
			<td>Ruyi</td>
			<td>101-00A</td>
			<td>Constant temperature to accelerate the curing of silicone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum dryer</td>
			<td>Fujiwara</td>
			<td>PC-3</td>
			<td>Further defoaming</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum mixing and degassing machine</td>
			<td>Smida</td>
			<td>TMV-200T</td>
			<td>Mix silicone thoroughly and get it defoamed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Valve</td>
			<td>SMC</td>
			<td>NTV1030-312CL</td>
			<td>Control the air pressure</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a flexible wearable supernumerary robotic limb for chronic stroke patients

Neste estudo, apresentamos um membro robótico supernumerário vestível flexível que ajuda pacientes com AVC crônico com movimentos de reabilitação e preensão dos dedos. O design deste membro inovador inspira-se na flexão dos músculos pneumáticos e nas características únicas da ponta da tromba de um elefante. Ele coloca uma forte ênfase em fatores cruciais, como construção leve, segurança, conformidade, impermeabilização e obtenção de uma alta relação peso/pressão. A estrutura proposta permite que o membro robótico realize tanto a preensão do envelope quanto a ponta do dedo. A interação humano-robô é facilitada através de um sensor de flexão flexível, detectando os movimentos dos dedos do usuário e conectando-os ao controle de movimento por meio de um método de segmentação de limiar. Além disso, o sistema é portátil para uso diário versátil. Para validar a eficácia dessa inovação, experimentos do mundo real envolvendo seis pacientes com AVC crônico e três voluntários saudáveis foram realizados. O feedback recebido por meio de questionários indica que o mecanismo projetado é uma imensa promessa na assistência a pacientes com AVC crônico com suas atividades diárias de preensão, potencialmente melhorando sua qualidade de vida e resultados de reabilitação.

According to previous research1, as of 2019, there were more than 100 million cases of stroke worldwide. Approximately two-thirds of these cases resulted in hemiplegic sequelae, and over 80% of severe hemiplegic stroke patients could not fully recover hand and arm function2. Furthermore, the aging population is expected to continue growing in the coming decades, leading to a significant increase in the number of potential stroke victims. The persistent upper extremity impairments following a stroke can significantly affect activities of daily living (ADLs), and hand rehabilitation has been clinically recognized as a critical objective for enhancing the activity and participation of chronic stroke patients3.
Traditional motor-driven robotic upper limb devices can provide substantial driving force, but their rigid structures often translate into large sizes and high weights. Moreover, they pose the risk of causing irreversible harm to the human body if they were to malfunction. In contrast, soft pneumatic actuators have demonstrated considerable potential in rehabilitation4, assistance5, and surgical applications6. Their advantages include safety, lightweight construction, and inherent compliance.
In recent years, numerous flexible wearable robots have emerged, designed and developed around soft pneumatic actuators. These robots have been intended for the rehabilitation and post-rehabilitation assistance of stroke patients&#39; upper limbs. They primarily encompass hand exoskeletons7,8, and supernumerary limbs9,10. Although both are used in the fields of wearable robotics and rehabilitation, the former directly interacts with the human body, potentially constraining muscles or joints, while the latter supplements the human workspace or movement without direct constraint11,12. Wearable supernumerary robotic fingers based on servo motors were developed to assist occupational therapists in activities of daily living (ADLs) training9. A similar approach can be found in other research10. These two categories of robotic fingers have introduced novel possibilities for the application of such robots in the rehabilitation assistance of hemiparetic patients. Nonetheless, it is worth noting that the rigid structure employed in these robotic designs may introduce potential considerations regarding user comfort and safety. The design, fabrication, and evaluation of a soft wearable robotic glove were presented13, which can be used for hand rehabilitation and task-specific training during functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). The glove utilizes soft pneumatic actuators made of silicone elastomers to generate finger joint motion, and the device is MR-compatible without causing artifacts in fMRI images. Yun et al. introduced the Exo-Glove PM, a customizable soft pneumatic assistive glove that utilizes an assembly-based approach14. This innovative design features small modules and adjustable distances between them, allowing users to customize the glove based on their phalange length using spacers. This approach maximizes comfort and performance without the need for custom manufacturing. Researchers presented soft actuators composed of elastomeric materials with integrated channels functioning as pneumatic networks15. These actuators generate bending motions that safely conform to human finger movements. Additionally, researchers introduced the AirExGlove, a lightweight and adaptable inflatable soft exoskeleton device16. This system is cost-effective, customizable for different hand sizes, and has successfully accommodated patients with varying levels of muscle spasticity. It offers a more ergonomic and flexible solution compared to rigid-linked robotic systems. While these studies have made significant contributions to the development of flexible wearable hand rehabilitation and assistive robots, it&#39;s worth noting that none of them have achieved complete portability and human-robot interaction control.
Numerous studies have explored the correlation between biological signals, such as electroencephalogram (EEG)17 or electromyogram (EMG) signals18, and human intention. However, both approaches have certain limitations within the constraints of existing devices and technological conditions. Invasive electrodes require surgical procedures on the human body, while non-invasive electrodes suffer from issues such as high noise levels and unreliability in signal acquisition. Detailed discussions of these limitations can be found in the literature19,20. Therefore, the pursuit of research into the portability and user-friendly human-machine interaction capabilities of flexible wearable supernumerary robotic limbs remains highly relevant.
In this study, a unique flexible wearable supernumerary robotic limb was designed and fabricated to assist chronic stroke patients in finger rehabilitation and gripping assistance. This robotic limb is characterized by its lightweight, safety, compliance, waterproofing, and impressive output-to-weight/pressure ratio. Two gripping modes, envelope and fingertip grasping, have been achieved while maintaining portability and ensuring a user-friendly human-robot interaction. The protocol details the design and fabrication process of the pneumatic gripper and the wearable scheme. Additionally, a human-robot interaction method based on flexible bending sensors has been proposed, allowing for convenient and user-friendly control through threshold segmentation. All these aspects have been validated through practical experiments.
The main contributions of this study are summarized as follows: (1) A lightweight, friendly, and wearable flexible supernumerary robotic limb for chronic stroke patients has been designed and fabricated. (2) A reliable method of human-robot interaction has been realized based on flexible bending sensors. (3) Real-world experiments have been conducted to verify the effectiveness and reliability of the proposed mechanism and method, which include output force testing and involve six chronic stroke patients.

Autor em destaque: Aprimorando as habilidades de preensão para pacientes hemiplégicos com membros robóticos flexíveis 

Um membro robótico supernumerário vestível flexível para pacientes com AVC crônico

Our research focuses on developing supernumerary robotic limbs to help hemiplegic patients with grasping movements. By employing flexible sensors, we aim to interpret patient's intentions and enable robots to perform various grasping tasks, ultimately enhancing patient's quality of life. This study introduces a novel, flexible, wearable robotic limb for chronic stroke patients.It aids finger rehabilitation and gripping, featuring lightness, safety, compliance, waterproofing, and an impressive output to weight or pressure ratio. It offers envelope and fingertip grasping modes, maintains portability, and ensures user-friendly interaction. In our upcoming research, we will primarily concentrate on the domain of human-machine interaction control, specifically in the context of grasping intent among individuals afflicted by hemiplegia.Additionally, a concrete research goal involves refining mechanical design to enhance grasping performance.

Experimentos de força de saída A Figura 7 ilustra vividamente o projeto estrutural e as dimensões de nosso atuador, fornecendo uma ilustração transversal. Este atuador é composto por dois conjuntos distintos de câmaras, cada um contendo cinco câmaras de ar elegantemente curvas. Notavelmente, no terminal do atuador, integramos engenhosamente uma estrutura saliente, que lembra a ponta da tromba de um elefante, expandindo significativamente o raio de preensão do atu...

Watch this Scientific Journal Video about Enhancing Grasping Abilities for Hemiplegic Patients with Flexible Robotic Limbs at JoVE.com

Este protocolo introduz um membro robótico supernumerário vestível flexível adaptado para auxiliar na reabilitação dos dedos para pacientes com AVC. O projeto incorpora um sensor de flexão para facilitar a interação perfeita entre humanos e robôs. A validação por meio de experimentos envolvendo voluntários saudáveis e pacientes com AVC ressalta a eficácia e a confiabilidade do estudo proposto.

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping ...

Nossa pesquisa se concentra no desenvolvimento de membros robóticos supranumerários para ajudar pacientes hemiplégicos com movimentos de preensão. Ao empregar sensores flexíveis, nosso objetivo é interpretar as intenções do paciente e permitir que os robôs executem várias tarefas de preensão, melhorando a qualidade de vida do paciente. Este estudo introduz um membro robótico novo, flexível e vestível para pacientes com AVC crônico.Auxilia na reabilitação e preensão dos dedos, apresentando leveza, segurança, conformidade, impermeabilização e uma impressionante relação peso/peso ou pressão. Ele oferece modos de apreensão de envelope e ponta do dedo, mantém a portabilidade e garante uma interação amigável. Em nossa próxima pesquisa, nos concentraremos principalmente no domínio do controle da interação homem-máquina, especificamente no contexto da apreensão da intenção entre indivíduos acometidos pela hemiplegia.Além disso, um objetivo concreto de pesquisa envolve refinar o projeto mecânico para melhorar o desempenho de apreensão.

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Research

JoVE Journal

Engineering

A Flexible Wearable Supernumerary Robotic Limb for Chronic Stroke Patients

1.2K visualizações.  Huazhong University of Science and Technology. Nossa pesquisa se concentra no desenvolvimento de membros robóticos supranumerários para ajudar pacientes hemiplégicos com movimentos de preensão. Ao empregar sensores flexíveis, nosso objetivo é interpretar as intenções do paciente e permitir que os robôs executem várias tarefas de preensão, melhorando a qualidade de vida do paciente. Este estudo introduz um membro robótico novo, flexível e vestível para pacientes com AVC crônico.Auxilia na reabilitação e preensão do...

Vídeo: Autor em destaque: Aprimorando as habilidades de preensão para pacientes hemiplégicos com membros robóticos flexíveis 

In this study, we present a flexible wearable supernumerary robotic limb that helps chronic stroke patients with finger rehabilitation and grasping movements. The design of this innovative limb draws inspiration from bending pneumatic muscles and the unique characteristics of an elephant's trunk tip. It places a strong emphasis on crucial factors such as lightweight construction, safety, compliance, waterproofing, and achieving a high output-to-weight/pressure ratio. The proposed structure enables the robotic limb to perform both envelope and fingertip grasping. Human-robot interaction is facilitated through a flexible bending sensor, detecting the wearer's finger movements and connecting them to motion control via a threshold segmentation method. Additionally, the system is portable for versatile daily use. To validate the effectiveness of this innovation, real-world experiments involving six chronic stroke patients and three healthy volunteers were conducted. The feedback received through questionnaires indicates that the designed mechanism holds immense promise in assisting chronic stroke patients with their daily grasping activities, potentially improving their quality of life and rehabilitation outcomes.

This protocol introduces a flexible wearable supernumerary robotic limb tailored to assist in finger rehabilitation for stroke patients. The design incorporates a bending sensor to facilitate seamless human-robot interaction. Validation through experiments involving both healthy volunteers and stroke patients underscores the efficacy and dependability of the proposed study.

Engenharia

Designing and Fabricating the Pneumatic Gripper to Assist in Finger Rehabilitation for Stroke Patients

To begin, assemble the pre-designed mold, then use hot melt glue to secure the glass fibers at the designated positions in the mold. Weigh an appropriate amount of component A and B of the silicone elastomer and mix them in the specified ratio. Use a vacuum mixing and degassing machine with a variable centrifugal force to mix and degas the elastomer mixture.Promptly inject the mixture into the assembled mold and let it sit for approximately 30 seconds. Then place the mold in a vacuum dryer for about one minute to enable any tiny air bubbles in the silicone rubber to escape. Remove the mold from the dryer and place it in a thermostatic chamber set at 30 degrees Celsius for 12 hours.Position the demolded rubber body into the mold filled with silicone rubber. Place the entire assembly in a thermostatic chamber set at 30 degrees Celsius for 12 hours to allow the silicone rubber to cure. Remove the cured silicone rubber body from the mold and trim any excess silicone rubber.

Projetando e fabricando a pinça pneumática para auxiliar na reabilitação dos dedos para pacientes com AVC

Assembling the Wearable Flexible Supernumerary Robotic Limb and its Testing with Healthy Volunteers

To begin, take the designed pneumatic gripper and secure it with 3D printed parts. Using adhesive tape, attach it to the appropriate position on the glove. Embed three flexible bending sensors into the glove.Instruct the participants to flex and extend their fingers. Use a data acquisition card to record sensor signals, amplify the sensor signals and route them to an RDU o. Now, collect data on the range and pattern of sensor changes during finger movements.Instruct participants to move their fingers freely within their range of ability. After determining the threshold, determine the appropriate time to stop inflating the air and cease further finger bending. Set the maximum air pressure for the pneumatic gripper to 100 kilo Pascals.Solicit feedback from the wearers regarding their experience. The survey of six patients showed a consensus among most participants regarding the comfort and user friendliness of the designed wearable system. Participant five provides a less favorable evaluation and raises significant concerns about the device.