Struttura dell'esoscheletro della mano e suo funzionamento
La struttura delle dita è stata concepita dal professore giapponese Jumpei Arata della Kyushu University: tre sottili molle a balestra in acciaio inossidabile sono posizionate una sopra l'altra e collegate mediante quattro giunti di plastica. Un cavo Bowden viene collegato alla molla centrale - se si muove in avanti, le dita si chiudono; se va indietro, la mano si apre. Motori DC contraggono e distendono le molle a balestra e supportano il paziente quando compie movimenti per stringere qualcosa. "Per ogni dito l'esoscheletro può generare una forza di sei Newton", afferma Jan Dittli, ricercatore presso l'ETHZ Department for Health Science and Technology. "I tre movimenti di stretta implementati sono sufficienti per sollevare oggetti fino a circa 500 grammi, ad es. una bottiglietta d'acqua da mezzo litro."
L'esoscheletro è messo in tensione mediante un bracciale dotato di sensori ed è attaccato alle dita mediante delle cinghie di cuoio. Quando il paziente inizia a muovere la mano, il bracciale trasmette segnali elettromiografici (EMG) a un microcomputer. Quest'ultimo si trova in uno zaino insieme a motori, batterie ed elettronica di controllo, e lo zaino a sua volta è collegato al modulo della mano. Se chi lo indossa intende compiere movimenti di presa, il computer lo rileva, attivando i motori DC.
Durante lo sviluppo, i ricercatori hanno dovuto affrontare una sfida: i delicati giunti delle dita. Questi elementi non solo tengono insieme le molle a balestra, bensì hanno un complesso meccanismo di chiusura per la cinghia di cuoio. La fibbia in cui si infila la cinghia è appena più larga di un millimetro. Per realizzare il retro della mano è stato usata una stampante 3D con un filamento ABS, ma sia il metodo di produzione che il materiale si sono rivelati inadeguati per la produzione dei giunti delle dita. "L'attrito tra i giunti e le molle a balestra sarebbe stato troppo elevato per questo materiale", spiega Dittli. "Quindi sarebbe servita troppa energia per muovere le dita. "La risoluzione di una normale stampante 3D non era sufficiente per riprodurre la struttura dettagliata delle falangi delle dita.