Калмыцкий Государственный Университет

ОТБОР В ПРОГРАММУ «УМНИК»

Новости / Республика Калмыкия

О проекте Казанкина Максима

11.11.2021

Проекты-победители конкурса"Умник"

Казанкин Максим Басангович, “Пальцевый экзоскелет”, 2 курс, Фундаментальная информатика и информационные технологии.

Наиболее встречающиеся травмы это травмы конечностей. При травмах кистей рук возможны повреждения нервов. Повреждения нерва приводит к малой подвижности мышц, что в свою очередь, ведет к недостатку кровоснабжения и приводит к атрофии мышц. Атрофия – прижизненное уменьшение объема клеток, тканей, органов. Малая подвижность мышц, также сказывается на подвижности суставов, что приводит к обрастанию их соединительной тканью и утерей ими гибкости и подвижности. Это еще больше усугубляет процесс реабилитации после таких травм. Лечение для сохранения подвижности – упражнения для растяжки. На решение этой проблемы и направлен мой проект пальцевого экзоскелета, применимый в реабилитации больных с мышечной атрофией пальцев и кисти рук. Инновационность достигается легкостью конструкции, модульностью (пример ниже) и простатой использования.

Разрабатываемый экзоскелет предназначен для восстановления следующих функций кисти и пальцев, таких как: моторику отдельных пальцев и кисти, двигательные возможности, полноценный захват предметов, способность выполнять простейшие задачи. Из-за работы в следующих режимах:
1. Принудительное сгибание и разгибание для обеспечения кровотока пальца. Благодаря поступлению кровотока к мышцам пальцев избегается их атрофия.
2. Периодическая растяжка суставов пальцев при помощи мышечного пальцевого экзоскелета. Необходимая для поддержания гибкости суставов и предотвращения потери подвижности вследствие недостаточной активности (подвижности). Для предотвращения нарастания соединительной ткани, неспособной выполнять двигательные функции.
3. Упражнения с отягощением (режим дополнительной нагрузки). Требуется для поддержания объема мышц. Избежания потери мышечной силы и мышечного тонуса приводящего к ограничению двигательной активности или полной ее потери.
У экзоскелета есть основной аналог: перчатка для восстановления мелкой моторики после инсульта университета ИТМО.

Себестоимость данной перчатки составляет 35 т.р. (против 7-12 т.р. у разрабатываемого нами, в зависимости от комплектации). Кроме того недостатком данного аналога является отсутствие в его конструкции модульности, разделение части экзоскелета/кисть руки на отдельные сегменты/пальцы. Это снизит стоимость финального экзоскелета от 20 до 40%, так как будет возможность приобретать, например, не 5 модулей, а 1-2.
Реализован проект на стадии прототипирования, а именно: готова основа для крепления и тестирования экзоскелета и разработана соответствующая программа управления данным экзоскелетом(более того, получен патент программы для ЭВМ).
Как и любая техника экзоскелет должен отвечать потребительским свойствам и требованиям, например:
1. Легко надеваться на кисть и сниматься.
2. Работать достаточно продолжительное время для выполнения повседневных задач.
3. Прост в использовании и интуитивно понятен.
4. Принципиальную неспособность повредить палец ходе своей работы.
5. Не перекрывать кровоток пальцев и быть незаметным при ношении.
6. Иметь модульную конструкцию.

Из-за вышеперечисленных свойств он может использоваться не только в медицинских учреждениях, но и в домашней обстановке(как например, тонометр).
На данный момент разработана 3D модель экзоскелета (был создан макет) для дальнейшей эксплуатации - надеваемая на руку конструкция, вес 250-600 грамм в зависимости от комплектации представляет из себя перчатку, состоящую из модулей для отдельных пальцев с отделом для аккумуляторов, платы управления и моторов, крепящемся на предплечье. Зарядка аккумуляторов осуществлялась через подключаемое внешнее зарядное устройство. В основе экзоскелета используется плата управления Arduino Nano, как наиболее простая и удобная в проектировании и программировании, язык программирования выбран С (для тестирования была написана соответствующая программа управления).
Внедряться данный “экзоскелет” будет в медицинские учреждения для борьбы с атрофией, а именно травмы областей кисти рук с последующими повреждениями нервов. Посредством массажера: для восстановления моторики отдельных пальцев и кисти, двигательных возможностей, полноценный захват предметов, способность выполнять простейшие задачи.