В России придумали, как по-новому использовать электродвигатели для совершенствования протезов рук

Специалисты ПНИПУ опубликовали в журнале «Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Электротехника, информационные технологии, системы управления» статью, в которой рассказали, как использовать электрические двигатели для совершенствования ручных протезов. Как пояснили в учебном заведении, объём рынка бионических протезов рук в 2021 году составлял 6,4 миллиарда долларов и постепенно увеличивается.

Бионические протезы являются самыми современными видами протезов. Они позволяют частично, а в некоторых случаях и полностью восстановить функциональность утраченных органов и частей тела. Сотрудники ПНИПУ провели глубокий анализ рынка и изучили параметры предложенных на рынке протезов, включая максимальный ток, ёмкость аккумуляторов, показатели циклов сжатия-расжатия кисти, усилие при захвате, диапазон температуры при эксплуатации, вес, который они могут выдерживать. В ходе работе удалось выяснить, что разработчики протезов больше времени уделяют созданию систем, которые считывают информацию о работе организма, и отодвигают на второй план действие приводов, задействованных в протезах.

Компании, занимающиеся созданием протезов, делают выбор в сторону электроприводов, присутствующих на рынке, так как создание индивидуального привода не только повышает сложность работы, но и негативным образом отражается на конечной стоимости продукта. Специалисты ПНИПУ предложили отказаться от некоторых частей электропривода, которые утяжеляют и усложняют конструкцию, а также снижают срок её эксплуатации.

Было предложено заменить существующие системы на линейные и сферические двигатели. Первый помогает протезам двигаться в одном направлении (например, в вертикальном или горизонтальном), второй — в нескольких. Данные двигатели предлагается применять в трёх точках: первая — обеспечивающая подвижность пальцев, вторая — обеспечивающая подвижность кисти, третья — основание противостоящего пальца (большого), которому нужно двигаться в двух плоскостях.

«На основе этих предложений мы сформировали свой вариант расположения предлагаемых двигателей в корпусе протеза: цилиндрические и линейные двигатели предполагается использовать для движения четырех пальцев, а сферические – для кисти и большого пальца. Затем мы провели расчеты и представили схему компоновки электропривода протеза, которая уменьшит вес и шум конструкции, а также обеспечит ее отказоустойчивость», – объясняет ведущий инженер кафедры электротехники и электромеханики ПНИПУ Александр Плюснин.

Разработка Пермского Политеха предполагает использование разных источников питания. На первую точку необходимо подавать ток силой 0,4 А, на вторую — 0,8 А. Предполагается, что при работе всех двигателей одновременно потребляемый ток составит 4,48 А. Это говорит о том, что ёмкости стандартной батареи в 1500 мА⋅ч, которая сейчас используется в современных протезах, хватит на 1200 полных циклов перемещения.

«Нам было важно показать, что замена применяемых сейчас двигателей целесообразна только в том случае, если новые двигатели будут иметь или очевидные преимущества с перспективой стать полноценной заменой, или частичные преимущества, став альтернативным, но тоже перспективным решением. Согласно проведенным исследованиям предложенный вариант может претендовать на то, чтобы удовлетворить указанным требованиям», – говорит заведующий кафедрой электротехники и электромеханики ПНИПУ Борис Кавалеров.

Как пояснили авторы проекта, подобное решение можно использовать не только в протезировании, но и робототехнике.