MULTIHAND

All’inizio di maggio 2014, con il desiderio di unire varie competenze del nascente Fablab di Parma, grazie a Daniele Caltabiano, uno dei ‘fabber’, e al coordinatore Pietro Dioni, ci siamo dedicati al progetto Inmoov (www.inmoov.fr). Di questo progetto di robot umanoide open-source, fa parte in particolare, una mano meccanica stampata completamente in 3D, con movimento indipendente delle singole dita, pollice opponibile e rotazione del polso. Dopo averlo realizzato il desiderio dell’hacker ha preso il sopravvento sul maker. Volevamo comandare i movimenti non solo con un PC e l’ormai onnipresente scheda Arduino, ma provare a replicare le azioni della mano di un operatore remoto via radio (WiFi). Con abbiamo aggiunto la possibilità di controllare ogni singolo dito e la rotazione del polso, con un guanto munito di sensori di flessione su ogni dito e giroscopio sul dorso del guanto al fine di controllare anche la rotazione del polso.

A seguito del notevole interesse riscontrato in fiere ed eventi, soprattutto in ambito biomedicale, sono partiti due diversi progetti. Un progetto si è concentrato sulla possibilità di comandare i movimenti con sensori mioelettrici (la mano si apre e si chiude leggendo i segnali elettrici dei muscoli) o attraverso stato mentale (lettura del livello di concentrazione con sensori di rilevamento delle onde alfa e beta del cervello).

Con l’altro ramo di progettazione, con il gruppo interno al Fablab ‘Macaroni Division I’, ci siamo spinti  invece sul disegno di una nuova meccanica cercando di sfruttare nuovi concetti e nuovi materiali. Siamo è partiti col realizzare una base per una mano meccanica ad uso generico ma poi si è intravista la possibilità di realizzare una vera e propria protesi di mano funzionale, meccanicamente semplice da realizzare e con componenti facilmente rimpiazzabilii. Per la moltiplicità di utilizzi che abbiamo previsto, abbiamo battezzato il progetto MULTIHAND.

Volevamo tentare altre vie rispetto ad altri progetti protesici, anche open source, che si trovano in rete, ma che meccanicamente risultano troppo complessi anche solo da assemblare o che per la realizzazione richiedono comunque strumentazione, lavorazioni e materiali non alla portata di tutti.

L’idea è stata quella di avere un oggetto replicabile con una stampante 3D FDM (escludendo SLA SLS etc) e con un’elettronica ed elettromeccanica per la movimentazione che fosse reperibile ovunque. Come per altri progetti a cui ci siamo ispirati, abbiamo scelto Arduino per la parte di ‘intelligenza’ e servomotori da modellismo per la parte di movimentazione.

Se altri progetti hanno un motore per ogni dito e un tendine per stringere la presa e uno per riaprirla, abbiamo dimezzato il numero di servomotori. Controlliamo solo la chiusura della mano, il ritorno in posizione aperta è dato dall’elasticità del materiale stesso che è PLA flessibile (ne esistono di varie tipologie ma la geometria che abbiamo ideato consente di utilizzarne con un ampio range di caratteristiche). Usiamo un solo servomotore per controllare 2 dita, un terzo ed ultimo motore è dedicato al pollice, se lo si vuole opponibile, ma può lavorare tranquillamente in posizione fissa, garantendo comunque una più elementare presa.

Per i ‘tendini’ abbiamo usato cordini intrecciati (per uso alpinistico) al posto dei ‘tradizionali’ cavi in acciaio o fili di nylon. Tendini fatti con questi ultimi materiali risultano troppo sottili se li si vuole flessibili, usurarano le sedi che li guidano o sono troppo rigidi se si usano diametri superiori.

Nei vari tentativi abbiamo anche provato a realizzare una mano protesica completamente meccanica,  controllata dai movimenti del polso come nel progetto e-NABLE (http://enablingthefuture.org). Siamo riusciti ad arrivare ad una mano costituita da sole 3 parti.

Questo ha consentito di farci capire i limiti della tecnologia che abbiamo scelto, cioè i materiali elastici devono essere utilizzati in geometrie studiate per garantire un buon ritorno elastico ma poco sforzo durante la deformazione, in ultimo l’usura nei punti deformati non deve in breve tempo snervare la giunzione. In questo caso anche il modo di stampare i vari layer è fondamentale, orientamento e spessori e diametro ugelli etc.

Un altro importante aspetto del progetto è che i disegni sono stati realizzati con software parametrici, per cui è possibile ridimensionare rapidamente le componenti in modo da riscostruire modelli in scala perfettamente funzionanti, occorre solo sostituire i servomotori con altri di diverse dimensioni.

La velocità con cui è possibile immaginare e poi realizzare nuove soluzioni con la stampa 3D consente di arrivare alla miglior soluzione e quindi siamo arrivati ad avere una mano costituita da soli 4 parti da stampare in PLA flessibile e 3 parti in PLA o ABS. Se l’imperativo hacker è migliorare e semplificare, i risultati ci confortano.

Allo stato attuale, gli stessi materiali flessibili di cui sono costituite le dita, non richiedono un controllo di forza e questo è sempre in direzione della semplificazione.

Per ora ci siamo focalizzati sulla realizzazione meccanica, in seguito svilupperemo nuovi modi di interfacciare l’uomo con il movimento della mano, lasceremo da parte sensori mioelettrici per passare a tecnologie più semplici da implementare e soprattutto tarare. Infatti non si dice mai quanto questi sistemi debbano passare alla fase di ‘taratura’ prima di diventare utilizzabili per il controllo di protesi.

Sicuramente ora siamo solo alla fase di protipo funzionante, prossimamente, chiedendo anche aiuto anche della rete, miglioreremo anche gli ingombri e l’estetica del progetto MULTIHAND.

I file per realizzare possono essere scaricati da YOUMAGINE.COM dove sono presenti anche foto e video del funzionamento della Multihand.

Link utili:

https://www.youmagine.com/designs/multihand-project

http://officineonoff.com/2015/fablab/

macaronidivisioni@gmail.com