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碳纖維仿生手:高強(qiáng)、耐折斷帘腹,而且重量僅為普通手的20%
2023-03-17 16:39:45

在伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校攻讀博士學(xué)位期間贰盗,Aadeel Akhtar便已經(jīng)開始研究一種概念型仿生假手,這種假手將比市場上的替代品更快阳欲、更實(shí)用舵盈、更實(shí)惠。在初的博士研究基礎(chǔ)上球化,Akhtar于2015年在美國加利福尼亞州圣地亞哥創(chuàng)立了Psyonic公司秽晚,將現(xiàn)在被稱為Ability Hand(能力之手)的產(chǎn)品商業(yè)化。



Psyonic的假手有有兩個(gè)主要組成部分:一個(gè)連接到肢體其余部分的承窩(類似插座)筒愚,以及連接到承窩上的手本身赴蝇。這些承窩的外層是碳纖維復(fù)合材料,是由假肢醫(yī)生定制的巢掺,以適合不同的患者句伶。手工部件由Psyonic團(tuán)隊(duì)內(nèi)部制造劲蜻,包括電子產(chǎn)品、硅樹脂成型考余、模具制造先嬉、復(fù)合材料制造、聚合物3D打印和組裝秃殉。


從個(gè)原型開始坝初,Akhtar使用熔融沉積建模(FDM)來額外制造輕質(zhì)手掌和手指組件,該原型是根據(jù)在線找到的開源人形機(jī)器人藍(lán)圖設(shè)計(jì)的钾军。從初的設(shè)計(jì)開始鳄袍,又迭代了四個(gè)原型,所有的外部手部件都使用了3D打印塑料材料吏恭。



Akhtar介紹時(shí)指出拗小,這些原型手是用來證明機(jī)械原理的,但當(dāng)把它們投入實(shí)際應(yīng)用時(shí)樱哼,他和他的團(tuán)隊(duì)意識(shí)到使用的材料并不合適哀九。“我們開始與患者和臨床醫(yī)生談?wù)撌袌錾掀渌射摵妥⑺芩芰现瞥傻氖纸练藗儽г苟嗟氖撬鼈兒苋菀渍蹟嘣氖皇且驗(yàn)槿粘5男∽矒簦热缱呗窌r(shí)手碰到桌子的側(cè)面茄唐,”Akhtar說道息裸。“現(xiàn)實(shí)生活中的手是柔韌的沪编、靈活的呼盆,但在某些地方也是僵硬的,所以我們開始尋找用手來做到這一點(diǎn)的方法蚁廓》闷裕”


對(duì)于手指,Psyonic團(tuán)隊(duì)使用了更柔韌的注射成型硅膠相嵌,而不是3D打印的聚合物腿时,并用3D打印的柔性骨狀內(nèi)部結(jié)構(gòu)加固。對(duì)于手掌和手背饭宾,他們需要一種結(jié)實(shí)批糟、堅(jiān)硬但重量輕的材料。Psyonic首席機(jī)械工程師James Austin解釋道:“我們本可以使用非常厚的塑料來獲得所需的強(qiáng)度和剛度捏雌,但這增加了很多重量跃赚“蚀辏”Akhtar解釋說性湿,假手需要比正常人的手更輕:而正常人的手可以在手腕處支撐自己的重量纬傲,假手需要足夠輕,以便于剩余肢體的其他部分支撐肤频、抬起和放下叹括。


對(duì)輕質(zhì)、耐用材料的探索終使Psyonic轉(zhuǎn)向了復(fù)合材料宵荒。接下來的幾款原型汁雷,直到今天的商業(yè)版,采用了一個(gè)更薄的3D打印塑料手掌报咳,外部有約2毫米厚的碳纖維復(fù)合材料外殼侠讯。目前這一代的仿生手的重量為490克,據(jù)說比普通人手的重量輕20%左右暑刃。Akhtar說:“碳纖維在減輕重量方面發(fā)揮了巨大作用厢漩。除了重量輕,碳纖維還增強(qiáng)了塑料的強(qiáng)度岩臣,使我們能夠站在手掌上溜嗜,而不會(huì)折斷手掌”。


每只手的碳纖維外殼由分成兩半的部分組成架谎。對(duì)于每一半炸宵,在兩層干碳纖維織物或彩色混合玻璃纖維/碳纖維(由美國威斯康星州瓦蘇Composite Envisions和美國新澤西州富蘭克林的Soller Composites提供)之間,鋪設(shè)一層冷凍環(huán)氧樹脂谷扣。鋁制工具由Psyonic設(shè)計(jì)和CNC加工的土全,然后將組件真空裝袋并在烘箱中固化。固化完成抑钟,碳纖維外殼被修整并涂上一層透明涂層涯曲,然后用環(huán)氧樹脂粘合到3D打印的手掌組件上,然后用手的其他部分組裝在塔。


終研發(fā)出來的一只Ability Hand幻件,它可以獨(dú)立地移動(dòng)每個(gè)手指,由連接在支架內(nèi)殘肢肌肉上的電極傳感器或通過藍(lán)牙應(yīng)用程序進(jìn)行控制蛔溃。這只手是防水的绰沥,足夠結(jié)實(shí),可以承受重量贺待,手指上有壓力傳感器徽曲,可以為用戶復(fù)制觸感。在美國麸塞,這只手由聯(lián)邦醫(yī)療保險(xiǎn)(Medicare)承保秃臣,并按可及性定價(jià)。



2019年秋季發(fā)布了“Ability Hand”的限量試運(yùn)行,隨后于2021年9月在美國國內(nèi)發(fā)布奥此。2022年弧哎,該公司搬遷至位于美國加利福尼亞州圣地亞哥的現(xiàn)有工廠。截至2023年初稚虎,目前有超過80名患者在使用這種仿生手撤嫩,其中20多名患者在世界各地的研究實(shí)驗(yàn)室使用,包括美國NASA和瑞士蘇黎世ETH蠢终。


封面圖來源于圖蟲創(chuàng)意

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