埋め込みアクチュエーションを備えた生物学的肩肘義肢の多目的最適化における義肢のバイオニック技術

科学分野:

• 生物医学工学
• ロボット工学
• 生体力学

背景:

• 上肢義肢は、器用さの制限、作業空間の制限、かさばりなどの課題に直面しており、高いユーザー放棄につながっています。
• 近位関節（肩、肘）の制限は、義肢の機能とユーザーの満足度に大きく影響します。

研究 の 目的:

• 既存の上肢義肢の制限を克服するために、新しく生物学的な統合義肢システムを開発すること。
• 高度なジョイントメカニズムと最適化技術を通じて義肢のパフォーマンスを向上させること。

主な方法:

• 埋め込みアクチュエータを備えた非対称3-RRR球面平行機構（SPM）を使用して肩関節を設計しました。
• 低電圧形状記憶合金（SMA）スプリングによって作動される肘関節を開発しました。
• 作業空間、器用さ、およびジョイントトルクを最適化するために、多目的粒子群最適化（MOPSO）を利用しました。

主要な成果:

• 自然な肩の作業空間の85%をカバーしました。
• 40 Nの負荷下で最大3.4 MPaのフォンミーゼス応力で構造的完全性を実証しました。
• 6 Vおよび6°/sでSMA駆動の肘の0.2秒未満の応答時間を取得し、スムーズで人間のような動きを検証しました。

結論:

• 開発された義肢システムは、上肢義肢の軽量で高性能なソリューションを提供します。
• このフレームワークは、次世代のウェアラブルロボットおよびバイオニックデバイスの基盤を築きます。
• 今後の作業では、直感的な義肢制御のためのニューラルインターフェイスを統合します。