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3D打印在許多領域都做得很好，但這項技術(shù)最直接有益的用途之一就是假肢。在世界各地，像e-NABLE和Open Bionics這樣的組織正在大大降低那些需要幫助的人的假肢成本。通過骨骼肌中產(chǎn)生的肌電圖（EMG）信號控制的傳統(tǒng)肌電假手需要使用者專注于抓握定位和定向假體以抓住物體的任務。調(diào)查顯示，myolectric假肢佩戴者希望減少用假手抓住物體所需的視覺注意力。

出于這個原因，德國卡爾斯魯厄理工學院（KIT）的研究人員開發(fā)出一種先進的五指3D打印假肢，旨在通過智能機制減輕用戶的認知負擔。他們的3D打印手假肢集成了傳感器，先進的嵌入式系統(tǒng)，手掌底部的RGB攝像頭和手背上的彩色顯示屏，可自動抓取物體。

“在機械設計方面，一種自適應的，欠驅(qū)動的機制被用來讓手指纏繞任意形狀的物體，”研究人員解釋說。 “傳感器系統(tǒng)包括兩個電機中的位置傳感器和用于基于視覺的抓取的RGB相機。板載嵌入式系統(tǒng)提供了通過藍牙集成本體感受器傳感器信息、視覺信息、用戶反饋和狀態(tài)信息的可能性。“

研究人員表示，所提出的手部假肢是第一個將相機集成在手掌中的裝置。為了確保人性化的外觀，包括電機、機構(gòu)、嵌入式系統(tǒng)、傳感器、用戶反饋和用戶界面在內(nèi)的完整硬件被集成到普通男性手掌中。 KIT UPro Hand可作為獨立單元完全啟動和控制，無需任何外部計算資源。

假肢外部采用PA2200通過選擇性激光燒結(jié)進行3D打印，PA2200是功能原型專業(yè)3D打印中最常用的材料之一。據(jù)研究人員稱，3D打印被選擇作為一種制造方法，以便使用他們的3D打印手為佩戴者進行個性化生產(chǎn)。手指用PA2200進行3D打印，以匹配手掌的強度和視覺外觀。基于TUAT / Karlsruhe機構(gòu)，通過力分配傳動同時驅(qū)動所有四個手指；并且拇指由第二馬達致動。該機構(gòu)的結(jié)構(gòu)允許手指在物體周圍自然地成形。

“肌腱穿過插入3D打印材料的PTFE管，以減少摩擦，”研究人員寫道。 “此外，所有主動接頭和偏轉(zhuǎn)滑輪都包括滾珠軸承。每個關(guān)節(jié)中定制的彈簧確保手指的被動重新打開。通過在遠端關(guān)節(jié)中定義更高的預張力，我們努力實現(xiàn)手指節(jié)段的人類閉合順序，近端關(guān)節(jié)更早關(guān)閉。“

研究人員進行了幾項測試，其中3D打印的手用于存放不同形狀的家用物品。

“我們的控制允許在手部孔徑和拇指和手指閉合的獨立時間方面進行手動預成型。通過這些方式，其余60個物體中的85.2％可以從平坦表面成功地抓取，在總共230分中得分193分。失敗的抓取主要發(fā)生在試圖舉起非常薄的物體，如信用卡。

“盡管機械和嵌入式系統(tǒng)的高度集成，我們的方法受限于傳感器的數(shù)量，限制了外部傳感器設置所提出的復雜控制方案的應用，”研究人員總結(jié)道。 “盡管我們看到一個更全面的多模態(tài)傳感器系統(tǒng)的集成以及它在半自治控制方案中的應用，作為一個有前途的未來研究課題。基于開發(fā)的嵌入式系統(tǒng)，我們計劃將我們的工作擴展到獨立的假體，通過集成的計算能力提供大量的智能抓取支持。“