Improving usability and perception of upper limb myoelectric prostheses : case study SoftHand Pro

The main objective in the design of myoelectric upper limb prostheses is to restore the functional limb, but great efforts have also been made to reintegrate sensory perceptions and to simulate the natural hand dexterity. Since the 1950s, myoelectric prostheses have shown great potential and have been continuously improved to increase efficiency, grasp adaptability, speed, strength, battery life and positive perception by users. In this landscape, this thesis wants to investigate how the design perspective, which today remains mostly in the background compared to the technical and engineering one, can bring added value to the field of prosthetics. The role of design is to combine awareness about technical limits with an in-depth study on users’ needs and on their cultural and social context. Therefore, the thesis objective is to identify strategies that could improve UX (User Experience) with myoelectric upper limb prostheses, to create guidelines for future redesigns. For this purpose, the first part of the research defines the state of the art of upper limb prostheses and is accompanied by an analysis on users’ needs and opinions collected through literature studies. This part is concluded by a benchmarking analysis of characteristics and UX of myoelectric prosthetic hands on the market. In the second part, the identified strategies are applied to the socket and user interface redesign of the “SoftHand Pro” prosthetic hand prototype (TRL 8), developed by “IIT” (Italian Institute of Technology) at the “Soft Robotics for Human Cooperation and Rehabilitation” laboratory and by the University of Pisa. The final concept explores the use of soft interfaces, additive manufacturing techniques and myoelectric liners to imagine futurable and innovative solutions to improve UX with these devices.

L’obiettivo principale nella progettazione di protesi mioelettriche di arto superiore è quello di ripristinare l’arto funzionale, ma grandi sforzi sono stati profusi anche nel reintegrare le percezioni sensoriali e nel simulare la naturale destrezza della mano. Fin dagli anni ‘50, le protesi mioelettriche hanno mostrato il loro potenziale ed oggi sono continuamente migliorate per aumentarne efficienza, adattabilità di presa, velocità, forza, durata della batteria e percezione da parte degli utenti. In questo panorama la tesi vuole indagare come la prospettiva del design, che oggi rimane per lo più in secondo piano rispetto a quella ingegneristica, possa apportare valore aggiunto al campo della protesica. Il ruolo del design è quello di coniugare la consapevolezza dei limiti e delle opportunità tecniche con uno studio approfondito dei bisogni degli utenti e del contesto culturale e sociale in cui essi vivono. L’obiettivo della tesi è quindi identificare strategie che possano migliorare la UX (User Experience) con protesi mioelettriche di arto superiore, dando spunti per future riprogettazioni. A tal fine, la prima parte della ricerca definisce lo stato dell’arte delle protesi d’arto superiore ed è accompagnata da un’analisi su necessità e opinioni degli utenti raccolte attraverso studi in letteratura. Questa parte si conclude con un’analisi di benchmarking su caratteristiche e UX di mani protesiche mioelettriche sul mercato. Nella seconda parte, le strategie individuate vengono applicate al redesign del socket e dell’interfaccia utente del prototipo di mano protesica “SoftHand Pro” (TRL 8), sviluppato da “IIT” (Istituto Italiano di Tecnologia) presso il laboratorio “Soft Robotics for Human Cooperation and Rehabilitation” e dall’Università di Pisa”. Il concept finale esplora l’uso di interfacce morbide, tecniche di produzione additiva e l’uso di liner mioelettrici, immaginando soluzioni futuribili e innovative per migliorare l’UX con questi dispositivi.