魔法のソフトリハビリテーションメカニカルグローブ - ACEO®シリコン3Dでプリントされたソフトロボット

出典: ワッカーケミー

近年、ソフトロボティクス技術は急速に発展しています。従来のロボットとは異なり、ソフトロボットは柔軟性が高く、操作が安全で、軽量で、製造が簡単で、製造コストが低いという利点があります。現在の応用シナリオは、主にさまざまな産業用グリッパーと医療/リハビリテーション機器です。ソフトロボットのコアコンポーネントは柔軟な素材で作られています。設計要件を満たし、必要な機能を実行できるように、適切な材料と製造方法を選択する方法。この記事では、香港中文大学の Tang Qiyu 教授とそのチームが発明したソフトリハビリテーションロボットグローブを紹介します。ACEO® 3D プリントシリコンで作られたソフトドライブユニットは、新しいアイデアとソリューションを提供します。

ソフトリハビリテーションマニピュレータの最新開発<br /> 脳卒中は障害の主な原因の一つです。世界中で6秒ごとに1人が脳卒中を患っており、その半数は中国で発生しています。手の麻痺は、脳卒中の一般的な後遺症の一つで、厄介なものです。脳卒中後の最初の 3 か月は、手の機能が最良の状態に戻る可能性がある黄金の回復期間です。研究によると、損傷した手で同一の動作を繰り返すと、脳が運動制御を感知して回復するのを助け、脳卒中後の回復を促進することができるそうです。現在、理学療法士の費用と時間のかかる作業を代替することを目指して、数多くの手のリハビリテーション装置が開発されています。しかし、既存の装置は重くてかさばり、脳卒中後の手のけいれんによって引き起こされる問題である、単純な物を拾うなどの日常生活で患者を支援することができないものがほとんどです。

最近、香港中文大学のTang Qiuyu教授、Li Zheng教授とそのチームが発明したシリコン製の3Dプリントソフトリハビリテーションロボットグローブがこれらの問題をうまく解決しました。この軽量で柔らかいロボットグローブは、患者の指と手のひらのサイズに合わせて調整できます。ワッカー社の ACEO® シリコン 3D 印刷技術と柔らかいゴム製アクチュエーターを使用して、患者が手の筋肉を制御して指を曲げたり伸ばしたりするのを補助し、日常生活における手の可動性を向上させます。また、患者にカスタマイズ可能で手頃な価格のリハビリテーショントレーニングプログラムを提供します。このソフトロボットグローブは、2019年4月に開催された第47回ジュネーブ国際発明展で銀メダルを獲得しました。

ACEO® シリコン 3D プリント<br /> 機械式手袋の柔らかいゴムアクチュエータの製造に 3D プリントが使用される理由は、従来の金型製造には多くの手順と長い時間が必要になるためです。 3D プリントにより、ソフトゴムアクチュエータの製造工程が削減され、生産サイクルが大幅に短縮されます。さらに、3D プリントはデザインの自由度を高めます。 ACEO®独自のオンデマンドインクジェット技術により、高弾性、耐熱性、耐紫外線性、引張・圧縮変形に対する耐性など、シリコーンの優れた特性を維持しながら、これまでにない製品デザインや複雑な幾何学的構造（くり抜き、ひさしなど）を実現できます。これらの特性は ACEO® 印刷プロセス全体を通じて維持されるため、WACKER の 3D 印刷製品は射出成形や急速圧縮成形などのプロセスを使用して製造されたオブジェクトに匹敵します。

発明チームの主要メンバーであり、香港中文大学の博士課程の学生でもある項昊林氏によると、彼らが設計したソフトアクチュエータに必要な材料は、大きな変形条件下で材料が提供できる伸びと耐久性に重点を置いているという。 ACEO® 3D プリントシリコンを使用する前に、チームは他の 2 つの 3D プリントメーカーが提供する同様のゴム材料も試しましたが、これらの製品は耐久性が低く、大きな変形に対応できませんでした。「私たちは、長期間高圧と大きな変形に耐えられるシリコンを必要としていましたが、ACEO® 3Dプリントシリコンがこれらの要件を満たすことがわかりました」とXiang Haolin氏は説明します。

ソフトラバーアクチュエータとその開発展望<br /> ソフトゲルアクチュエータは、シリコン弾性エアバッグと、トルクを補正するためのコンポーネントの底部にある伸長しない圧力ストリップで構成されています。流体（液体またはガス）圧力がブラダーに加えられると、ブラダーはストリップの片側に向かって巻き上がり、アクチュエータが指を曲げます。流体圧力が低下すると、エアバッグが装置を装着した指を伸ばし、患者が手を完全に開閉する動作を完了するのを補助します。

最近、脳卒中患者が、柔らかいゴム製のドライバーを備えたこの柔らかいリハビリ用機械手袋を着用した後、手のひらをスムーズに開閉できるようになりました。また、もう一方の正常な手で中国将棋の駒をつかんだり、タオルをねじったりすることにも成功しました。

「私たちは、曲げ加工時の素材の耐久性と伸びの改善にも取り組んでいます。素材が十分に強固であれば、ソフトゲルアクチュエータにさらに圧力をかけ、出力をさらに高めることができます」と、Xiang Haolin 氏は語ります。「また、一度により多くのソフトゲルアクチュエータを 3D プリントできるようにしたいと考えています。もちろん、商業的な大量生産でも、品質は依然として第一の要素です。」

謝辞:
香港中文大学生物医学工学部の博士課程学生、向昊林。博士課程学生の向昊林氏提供のソフトリハビリテーションロボットグローブの画像と動画

参考文献:
Heung HL、他 (2019) 日常生活動作を支援するためのソフト弾性複合アクチュエータを備えたロボットグローブ。SOFT ROBOTICS、DOI: 10.1089/soro.2017.0125

Tang ZQ、他 (2019) 「人間が着用できるソフトロボット」統合システムのためのモデルベースのオンライン学習と適応制御。Int J Robot Res. https://doi.org/10.1177/0278364919873379

Heung HL、他 (2019) 脳卒中リハビリテーションおよび日常活動支援のための 3D プリントソフトロボットハンドの設計 (IEEE Int Conf Rehabil Robot、トロント、カナダ)、pp 65-70。

魔法のソフトリハビリテーションメカニカルグローブ - ACEO®シリコン3Dでプリントされたソフトロボット

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