Student TUL sestrojil protézu ruky, která hýbe prsty

Umělou ruku, která hýbe prsty, sestrojil student FM TUL Petr Najman pod vedením doktora Jana Koprnického z Ústavu mechatroniky a technické informatiky FM TUL v rámci semestrálního projektu. Takzvanou bionickou ruku sestrojili a ověřili její funkčnost podle japonského open-source projektu Hackberry.

„Japonci vyrobili funkční bionickou ruku již dříve, ale až v červnu 2015 byla konstrukční data odtajněná a dána k dispozici za podmínek open-source licence. Z internetových stránek projektu jsme získali podklady pro výrobu a sestrojení bionické ruky: 3D CAD data pro tisk „šasi“, CAD pro DPS, ukázkový algoritmus pro SW. To byla pro nás velká výzva a šance jak vyzkoušet technologie dostupné na TUL, zkvalitnit výuku a udělat ji ještě zajímavější,“ řekl vedoucí projektu „Bionická ruka“ Jan Koprnický.

Bionické ruce nejsou novinkou. Na trhu jsou velmi drahé protetické končetiny, vyráběné na míru. Ty vcelku věrně simulují normální pohyb prstů díky servomotorům na každém prstu a několika předem naprogramovaných úchopů, které pacient ovládá pomocí svalů na amputované ruce. Snímače zachytávají elektrické impulsy ze svalů, které běžně používáme k ovládání ruky, a interpretují je pak do jednotlivých gest, která má ruka naprogramované.

„My jsme se v našem projektu zaměřili na vytvoření levné a funkční alternativy. Pro náš trh by bylo potřebné pozměnit konstrukci a zejména nahradit původně navržený spojovací materiál za materiál u nás dostupnější,“ konstatoval Petr Najman.

A záměr se vydařil. Celková cena za materiál pro prototyp mechanicky funkční bionické ruky sestrojené na TUL se pohybuje okolo 6400 Kč (cca 240 €). Komerční bionické náhrady se pohybují cenově okolo desetinásobku zmíněné ceny. „Naše bionická ruka nemá ambice konkurovat drahým komerčním náhradám, které mají větší rozsah možných úkonů, jako je například ovládání počítačové myši. Plní ale velmi dobře základní úkony v běžném životě, jako je přidržování věcí, uchopení menších a středních předmětů. Mechanika ruky dovoluje samostatný pohyb ukazováčkem, nastavování několika poloh pro palec a zavírání prostředníčku, prsteníčku a malíčku současně. Mechanicky bez elektroniky je řešeno zápěstí, které je možné otočit o 360 stupňů a také umožňuje naklopení celé dlaně do stran,“ říká Petr Najman.

Bionická ruka je poháněna třemi servomotory, jednoho servomotoru HS-311 a dvou mikro-servomotorů ES08MD. Velký servomotor pohání mechanismus ukazováčku, který má tak největší sílu stisku. Jeden mikro servomotor realizuje pohyb palce, ten je nastavitelný do tří předem určených poloh, druhý přes táhlo zavírá zbylé tři prsty. Motory ovládá řídicí jednotka Arduino Micro. Celé toto vybavení je umístěno do dlaně bionické ruky.

Všechny 3D součástky pro stavbu prototypu byly vytisknuty v Laboratoři prototypových technologií a procesů na CxI TUL. K vytištění konstrukčních částí byl použit materiál polykarbonát (PC) a akrylonitrilbutadienstyren (ABS). Desky plošných spojů byly vyrobeny v Laboratoři pro vývoj a výrobu desek plošných spojů PCB-lab na FM TUL.

Prototyp byl úspěšně otestován v laboratorních podmínkách. „V průběhu projektu nás napadlo několik návrhů na další možné úpravy, vylepšení a dořešení. Proto budeme v projektu pokračovat. Je to dobrý výukový projekt, ve kterém se studenti zapojují do skutečné výzkumné práce. Mohou se zaměřit třeba na ovládání všech prstů zvlášť, osazení různými senzory pro kontrolu síly stisku, snímání signálů z těla uživatele a různé konstrukční úpravy atd.,“ řekl Jan Koprnický.

Do japonského open-source projektu Hackberry se zapojily týmy z řady univerzit a nadšenců na celém světě. Své zkušenosti a názory si pak čile vyměňují na http://exiii-hackberry.com. Video z open-source projektu HackBerry si můžete prohlédnout na https://www.youtube.com/watch?v=aKPXMwN3AMI. A neméně zajímavé je testování ruky uživateli na https://www.youtube.com/watch?v=6Jfwinhh8ZM

J. Kočárková