Vincent Systems 社、PTC 製品で高性能な義手を設計

人間の手は、複雑な作りをしています。指は 3 カ所で曲がり、親指を使って物をつまんだりつかんだりします。すべての指を丸めれば、握りこぶしができます。それに代わるものを実物の動きに近づけるには、並外れた柔軟性のある機械を作るだけでなく、壊れやすい物を壊さずに持ち上げられると同時に、硬い瓶のふたも開けられるほどの力を備えたフィードバック メカニズムを考案しなければなりません。

これこそ、Vincent Systems 社のチームが追及している設計です。2009 年以降、このドイツ企業のエンジニアたちは、これらの機能すべてを、重量わずか 250 グラムの、手よりも大きなスペースをとらないパッケージに詰め込む手法を模索してきました。この驚くべき義手の仕組みをここに示します。

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Vincent Partial ハンド システムは “握る” 動作と “つかむ” 動作を解剖学的および生物力学的観点から正しく復元します。

正確なサイズを測るために、反対側の手もスキャンします。そのデジタル版が PTC Creo に取り込まれて反映され、新しい手の外寸法が確定されます。CEO のステファン・シュルツ博士 (Dr. Stefan Schulz) によれば、同社のチーム (PTC のパートナーである INNEO と連携) はこの手法によりわずか 5 歳の患者の義手を製造したということです。実際、同社は子供向けの義手を提供した初の企業であるそうです。

エンジニアリング チームは、義手の内側に最大 6 個のモーター セットをモデリングしています (各指に 1 個ずつ、親指に 2 個)。これらのモーターは同社独自技術であるギア システムを駆動させます。このシステムのサイズは直径わずか 10 mm ですが、2 Nm のトルクに対応できます。

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VINCENTevolution 2 は、10 本の双方向モーター駆動軸を備えた、コンパクトで生物力学的に最適化された高強度アルミニウム合金の義手です。

その結果、いくつもの握りパターンに対応できる器具が完成しました。たとえば、3 本の指を閉じる動作 (2 本の指を親指に合わせる) や、ヒッチハイクのような親指を立てるしぐさなどが可能です。

4bdace667efd631e30d2f4d353145b00重量を増やし過ぎることなくエンジニアが求める強度を得るために、義手の素材にはカーボン ファイバーとポリウレタンを採用し、それをゴムとプラスチックで覆って、柔らかみのある人間的な感じを出しました。もう 1 つのモーターが装着者にフィードバックを送り、振動でどの程度の力がかかっているかを知らせます。

Vincent Systems 社の CEO、ステファン・シュルツ博士による企業紹介とビジョン説明のビデオをご覧ください。

注記: このビデオはドイツ語ですが、クローズド キャプションで字幕をご利用いただけます。ビデオ画面の下部にあるキャプション ボタン「CC」をクリックしてください。プルダウン矢印をクリックして「字幕を翻訳」を選択し、「English」を選択して「オン」をクリックします。

設計プロセス全体で、エンジニアは PTC Creo を設計、解析、シミュレーションに利用して、物理プロトタイプの作成や製造のずっと前の段階で、モデルが計画どおりに動作することを確認しています。

Vincent Systems PTC Creo

Vincent 社の設計者たちは、義手の設計、解析、シミュレーションに PTC Creo を利用

米国には手や指を失くして生活している人が数万人もいます。怪我が原因の場合もあれば、病気や先天的要因が原因の場合もあります。また、補装具は非常に長い間利用されてきましたが、Vincent 社の設計にはほかにはない何かがありました。機能性が非常に高いだけでなく、外観にもこだわりがあります。

「義手のデザイン賞を数多く獲得しています」と、シュルツ氏。「患者の皆さんにとって、優れたデザインの手を持つことは気分のよいものです。昔の義手とは違うのです。装着している方がほかの人に見せたくなるような、高いデザイン性が求められています」

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今年、同社のチームはドイツの Silver Design Award for Industrial Design を受賞し、2013 年には CyberChampions Awards の Innovation Prize を獲得しました。

Tech Briefs Media Group が主催した最近のオンライン セミナーで、シュルツ氏は同社の画期的なテクノロジについて講演し、PTC Creo と KeyShot がいかに Vincent 製品の開発において重要な役割を果たしているかについて述べ、またそれが数々の賞の受賞につながったと語っています。録画オンライン セミナーはこちらで視聴できます。この画期的な企業とそのテクノロジの詳細をご確認ください。

編集メモ – Vincent Systems 社や College Park Industries 社のような企業は、いかに困難な状況も克服しようとする人々を支援しています。バイクのドラッグ レース世界大会を 2 回征したレジー・シャワーズ (Reggie Showers) 氏や、ヘイリー・ヒグドン (Haley Higdon) 氏など、多くの人物が、自分自身を信じればいかなる困難な状況も克服できることの生きた証となっています。
画像提供: Vincent Systems。

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