Design and development of a hand grip system for neuromuscular and neurological patients

The last few decades have seen the production of many biomedical assistive devices to support the hand, such as telescopic rods or gloves equipped with sensors and motors, but none of these allows a modulation of the assistance of the grip for multiple objects during daily live activities. The need to develop a device to assist in a controlled manner the hand grasping by a subject suffering from neuromotor disabilities, such as muscular dystrophy, or neurological disorder, like stroke, is essential. The purpose of this work is to develop a prototype – the Grip system - capable of meeting mechanical requirements, such as weight (x < 500g) and flexibility, and electromagnetic ones like air gap and number of turns. Specifically, on the basis of a filled patent, we constructed a first prototype, which is based on hand wearable element, equipped with electromagnetic buttons, from which a magnetic field is generated, able to hook an iron element present on the object to be moved. The features of the initial prototype were discussed, but also the main limits. Later the description of the working principle and design of the Grip system were analyzed in detail. Finally, a representation of the system control mode especially how the electromagnet can be activated by a remote command, transmitted by Bluetooth, and a trial protocol from which, by means of a usability questionnaire, the results are really positive.

Gli ultimi decenni hanno visto la produzione di molti apparecchi biomedici a supporto della mano, come aste telescopiche oppure guanti dotati di sensori e motori, tuttavia nessuno di questi permette la modulazione dell’assistenza alla presa di oggetti differenti, da parte di un individuo, durante le attività di vita quotidiana.. È essenziale lo sviluppo di un dispositivo per l’asssitenza controllata della presa da parte di un soggetto affetto da disabilità neuromotorie, come la distrofia muscolare, o disturbi neurologici come l’ictus. Lo scopo di questo lavoro è stato sviluppare un prototipo, chiamato Grip system, in grado di soddisfare sia requisiti meccanici, come il fatto che il peso del meccanismo sia inferiore a 500g o che sia sufficientemente flessibile, sia elettromagnetici per quel che riguarda la misura del traferro o il numero di spire minime in grado di generare il campo magnetico richiesto dall’applicazione. In particolare, sulla base di un brevetto precedentemente depositato, si realizza un primo prototipo, il cui elemento fondamentale è indossabile sulla mano del paziente; dotato di bottoni elettromagnetici, da cui viene generato un campo magnetico, è in grado di agganciare un elemento di ferro presente sull'oggetto da spostare. Sono state poi discusse le caratteristiche del prototipo iniziale, ma anche i limiti principali. Successivamente sono stati analizzati in dettaglio la descrizione del principio di funzionamento e il design del sistema Grip. Infine, si ha una rappresentazione della modalità di controllo del sistema, in particolare come l'elettromagnete può essere attivato da un comando remoto, trasmesso via Bluetooth, e un protocollo di prova dal quale, attraverso un questionario di usabilità, si ottengono risultati molto positivi.