Soft shoulder 2.0 for improved functional assistance in impaired individuals

In recent years, soft robotics has emerged as a promising solution for assistive and rehabilitative technologies, offering compliant, lightweight, and user-centered alternatives to traditional rigid exoskeletons. Among upper-limb applications, the shoulder is particularly challenging due to its biomechanical complexity and clinical relevance. This thesis presents the development and preliminary validation of an improved soft wearable exosuit designed to assist shoulder flexion—a movement often impaired in neurological and musculoskeletal conditions. Starting from a previous prototype that primarily supported shoulder abduction, the new design aimed to redirect the assistance toward flexion while improving anatomical adaptability and comfort. A structured experimental protocol was conducted on healthy participants to evaluate static endurance, dynamic lifting, movement transparency, and user experience. The new prototype demonstrated improved alignment with the intended motion, enhanced ergonomic comfort, and better user-reported outcomes. Importantly, it preserved performance in abduction despite not being optimized for that direction. The results suggest that targeted modifications in actuator geometry and anchoring can significantly improve the functionality and usability of soft shoulder-assistive devices. Future developments include broader testing on healthy individuals, clinical validation in patients with neurological conditions, actuator optimization size, improved wearability, and the integration of adaptive or semi-automated control strategies.

Negli ultimi anni, la soft robotics si è affermata come una delle soluzioni più promettenti nel campo delle tecnologie assistive e riabilitative, grazie alla possibilità di realizzare dispositivi leggeri, flessibili e più confortevoli rispetto ai tradizionali esoscheletri rigidi. Nell’ambito dell’assistenza all’arto superiore, la spalla rappresenta una delle sfide più complesse, per via della sua rilevanza biomeccanica e clinica. Questa tesi descrive lo sviluppo e la validazione preliminare di un esosuit morbido indossabile, ottimizzato per supportare la flessione della spalla — un movimento frequentemente compromesso in diverse patologie neurologiche e muscoloscheletriche. A partire da un prototipo precedente progettato per l’assistenza all’abduzione, il nuovo dispositivo è stato riprogettato per facilitare la flessione, migliorando al contempo l’ergonomia e l’adattabilità anatomica. È stato condotto un protocollo sperimentale strutturato su soggetti sani per valutare la resistenza in compiti statici, i sollevamenti dinamici, la trasparenza del movimento e la soddisfazione soggettiva degli utenti. Il nuovo prototipo ha dimostrato un’assistenza più mirata lungo la traiettoria desiderata, una maggiore compatibilità ergonomica e una migliore accettabilità da parte degli utenti. Pur non essendo stato progettato specificamente per l’abduzione, ha mantenuto prestazioni comparabili al dispositivo precedente anche in quel tipo di movimento. I risultati suggeriscono che modifiche mirate alla geometria dell’attuatore e alle modalità di ancoraggio possono migliorare in modo significativo la funzionalità e l’usabilità degli esosuit per l’assistenza alla spalla. Gli sviluppi futuri includono l’estensione dei test a un campione più ampio di soggetti sani, la validazione clinica in pazienti patologie neurologiche, l’ottimizzazione delle dimensioni dell’attuatore, il miglioramento dell’indossabilità e l’integrazione di strategie di controllo adattative o semi-automatiche.