Development and realization of smart devices to improve safety in diving

About 16 amateur scuba divers have died each year during the past decade, but little is known about the causes and events for many of these deaths. Some of them could be associated to the disorientation and the lack of proprioceptive information in a dangerous environment because the perception of vertical orientation is important for the interpretation of the visual world, and it is strictly connected to the perception of the gravitational field; lack of this information in deep-sea environment could induce disorientation, generating a panic reaction in the scuba diver. This research aims to reduce the number of diving accidents correcting tilted body positions in pitch and roll, making the user's body axis becoming parallel with a selected vector (eg. gravitational acceleration vector, diving vector) through the use of tactile cues. The device is designed for the purpose and consists of a corset-like vest equipped with some sensors and four vibro-tactile motors: two on the torso and one per each shoulder. The actuators deliver tactile feedbacks proportional to the angular error between the body axis of the user and the specified direction: the larger the error, the higher the frequency. Its versatility allows an easy adaptation to several conditions and environments such as postural balance and navigation on land, in microgravity and, our case, deep-sea conditions. As it known, scuba diving is an extreme sport where serious injuries and potentially life-threatening hazards can occur. Most of these scuba diving dangers stem from the effects of the increased water pressure of the undersea environment. In order to avoid these catastrophic accidents, as an integration with the tactile device, Dolphin Fluidics (Fluid-o-Tech Group), a company delivering innovation in the field of valves, proposed the case of study of this work consisting in designing a deflation valve for a buoyancy compensator device (BCD) for underwater use. The relief valve comprises two mobile telescopic shutters configured to occlude two corresponding holes. The mobile shutters are operatively connected by a bias spring, whereas their heads are fixed to SMA wire actuator, electrically activated and configured to counteract, in certain operating conditions, the force of the elastic element, and to perform the selective opening of the mobile shutters and, consequently, allowing or preventing air flow from the holes. We chose a Shape Memory Alloys (SMA) wire as actuator, because this kind of material plays a remarkable role, since it has the largest output energy density and can provide a great displacement and stroke.

Circa 16 subacquei amatoriali sono morti ogni anno nell'ultimo decennio, ma poco si sa sulle cause e gli eventi di molte di queste morti. Alcune di esse potrebbero essere imputabili al disorientamento e alla mancanza di informazioni propriocettive in un ambiente pericoloso, poiché la percezione dell'orientamento verticale è fondamentale per l'interpretazione del mondo visivo ed è strettamente connessa alla percezione del campo gravitazionale; la mancanza di queste informazioni in ambienti di acque profonde potrebbe indurre disorientamento, generando una reazione di panico nell'sommozzatore. Questa ricerca ha lo scopo di ridurre il numero di incidenti subacquei correggendo la posizione del corpo inclinato rispetto alle direzioni di beccheggio e rollio, portando l'asse del corpo dell'utente ad essere parallelo a un vettore selezionato (es. vettore d'accelerazione gravitazionale, vettore d'immersione) tramite l'uso di segnali tattili. Il dispositivo è progettato per lo scopo ed è costituito da un corsetto dotato di alcuni sensori e quattro motori vibro-tattili: due sul torso e uno per ogni spalla. Gli attuatori forniscono feedback tattili proporzionali all'errore angolare tra l'asse del corpo dell'utente e la direzione specificata: maggiore è l'errore, maggiore è la frequenza. La sua versatilità consente un facile adattamento a diverse condizioni e ambienti come l'equilibrio posturale e la navigazione a terra, in condizioni di microgravità e, nel nostro caso, in acque profonde. Come noto, le immersioni subacquee sono uno sport estremo in cui possono verificarsi lesioni gravi e rischi potenzialmente letali. La maggior parte di questi pericoli derivano dagli effetti dell'aumento della pressione dell'acqua in ambiente subacqueo. Per evitare questi incidenti catastrofici, come integrazione al dispositivo tattile, Dolphin Fluidics (del gruppo Fluid-o-Tech), una società che fornisce innovazione nel campo delle valvole, ha proposto un lavoro consistente nella progettazione di una valvola di sicurezza per un giubbotto ad assetto variabile (GAV) per uso subacqueo. La valvola di sfogo comprendente due otturatori telescopici mobili configurati per occludere due fori corrispondenti. Gli otturatori mobili sono collegati da una molla di ritorno, mentre una seconda estremità è a sua volta collegata operativamente ad un attuatore a filo SMA, elettricamente attivato e configurato per contrastare, in determinate condizioni operative, la forza dell'elemento elastico, e per eseguire l'apertura selettiva degli otturatori e, di conseguenza, consentire o impedire il flusso d'aria dai fori. Abbiamo scelto un filo SMA come attuatore, poiché questo tipo di materiale svolge un ruolo notevole, dal momento che presenta una maggiore densità di energia in uscita ed è in grado di fornire un' elevata corsa.