Desde que há registo, o homem tenta colmatar os danos psicológicos e físicos resultantes da ausência de um membro, com o uso de dispositivos que permitem uma maior autonomia ou que restauram parte da aparência natural.
Nos dias de hoje, apesar dos avanços tecnologia existe uma grande percentagem de pacientes que opta pela não utilização de próteses, o que se justifica dado que as soluções atuais não correspondem às necessidades dos seus utilizadores.
As próteses mais evoluídas e disponibilizadas no mercado atualmente oferecem uma estética de agrado geral, e de personalização muito limitada. Compensando com uma funcionalidade elevada, mas ao custo de sistemas complexos e dispendiosos. Em adição a isto, estes mecanismos são rígidos tal como os restantes constituintes das próteses, o que dificulta a manipulação e interação com objetos.
Neste trabalho de projeto objetivou-se desenvolver uma prótese que desse resposta às limitações atuais, recorrendo à tecnologia oferecida pela soft robotics e outras tecnologias que estão num processo de adaptação a esta área, como a engenharia inversa, software CAE e prototipagem rápida.
Com recurso a estas tecnologias projetou-se uma prótese de mão, onde os dedos são atuadores soft, que se fixam à palma da mão rígida. O aspeto final conseguido apresenta uma morfologia semelhante ao real, fruto da aplicação de engenharia inversa. Quanto à funcionalidade da prótese, as simulações realizadas indicam que se conseguirá obter uma funcionalidade relevante com pressões até cerca de 0.06 𝑀𝑃𝑎, contudo devido a defeitos na conceção por impressão 3D isto não se verificou em ensaios experimentais.
Nos ensaios realizados utilizou-se o atuador do indicador, por ser o que estava em melhor condições, e verificou-se que este, tal como os restantes atuadores, não era estanque. Ou seja, ao se pressurizar é libertado ar ao longo do atuador através de defeitos pontuais, mas também homogeneamente em algumas zonas, criando um gradiente de pressão ao longo do atuador tornando-se por isso difícil perceber as pressões a que as várias câmaras do atuador se encontram durante a pressurização.
Devido às fugas existentes concluiu-se no primeiro ensaio que o sistema pneumático não era capaz de induzir flexão significativa a um atuador com estes defeitos, devido a falta de caudal. Por este motivo utilizou-se a rede de ar comprimido, nos ensaios seguintes.
No segundo ensaio verificou-se que recorrendo a uma fonte de pressão mais capaz verificava-se o fenómeno de flexão ao ponto de o atuador interagir com a palma da mão, mostrando-se capaz de segurar objetos. Os ensaios que procederam este, permitiram quantificar a flexão do protótipo e assim quantificar a diferença relativamente ao modelo virtual. O último ensaio permitiu ainda uma quantificação da perda de carga, através da utilização de um atuador clássico fabricado especificamente para o mesmo.
Estes ensaios permitiram iniciar a criação de uma metodologia de avaliação dos protótipos e perceber através de quantificação o nível de defeito do modelo atual, ajudando assim a avaliação de modelos futuros onde se procura melhorar a qualidade de impressão e o design dos modelos.
Relativamente às dificuldades sentidas no desenvolvimento do trabalho, estas passaram pela multidisciplinaridade do sistema obrigando ao reconhecimento de um largo leque de áreas de estudo. De todo o trabalho realizado, aquele que se relevou mais desafiante foi a modelação realizada para desenvolvimento dos atuadores e dos moldes. Isto deveu-se à alta irregularidade da estrutura onde não se têm pontos de orientação e onde se teve de explorar quais as melhores ferramentas para se conseguir o produto.
As restantes dificuldades relevantes encontram-se associadas à impressão, onde se deparou complicado ajustar os seus parâmetros de modo a otimizar o resultado do fabrico, e a otimização do modelo virtual para que a impressão fosse eficiente. A qualidade da impressão 3D dos atuadores é um dos aspetos de melhoria para trabalhos futuros, a par da utilização de novos materiais mais flexíveis. Contudo a otimização dos parâmetros e componentes associados à impressão 3D é apenas um de muitos aspetos a serem trabalhados neste projeto. Referindo por ordem os tópicos abordados neste trabalho: • A obtenção da imagem inicial da mão, deverá ser realizada sobre uma superfície plana, com os
dedos esticados, para que não haja a necessidade de se corrigir a postura natural da mão e para que se consiga uma base plana para a realização da impressão. Este processo levara a que o modelo seja mais fácil de modelar e fabricas por impressão 3D.
• Para que o resultado das simulações se aproxime com o real, dever-se-á realizar ensaios de tração e compressão a provetes, segundo normas como a ASTM D638 ou a ISO 37 standard, e fabricados por impressão 3D, com a impressora, parâmetros de impressão e material, utilizados para conceber os atuadores. Para que o material fique devidamente caraterizado, os provetes devem ser impressos em duas posições diferentes de modo a que as camadas fiquem perpendiculares e paralelas com o seu comprimento. Com o resultado destes ensaios conseguir-se-á calcular os parâmetros de ajuste a modelos hiperelásticos e assim realizar simulações com mais precisão e melhor o design final (55). • Nos atuadores, em especial nas zonas interiores, o design deve ser otimizado de modo a diminuir os defeitos de impressão e reduzir a necessidade de apoio estrutural. Sendo que posteriormente, seria interessante fundir os atuadores com a palma da mão para se conceber um protótipo 100 % soft. • Com o design otimizado e dado que a modelação é um processo complexo, dever-se-á implementar
um software que converta a forma obtida no protótipo final, reduzindo drasticamente a complexidade e o tempo de projeto da prótese.
• Quanto ao controlo e ensaios, o trabalho futuro passa pelo aumento do número de grupos controlados para cinco, e implementar um controlo que recorre a sensores de EMG e EEG para iniciar a indução do movimento da mão e incutir sensores soft nos atuadores. Dever-se-á também projetar bancadas de ensaio dedicados para fazer ensaios a estes tipos de atuadores como em (57).