Entwicklung eines intelligenten biomedizinischen Armbands
In der Welt der Prothesensteuerung kann die präzise Erkennung von Muskelsignalen den Unterschied zwischen natürlichen Bewegungen und Frustration ausmachen. Unser Kunde, Unendliche biomedizinische Technologien (IBT)hat über 25 Jahre lang Pionierarbeit bei der Entwicklung von gestenbasierten Steuerungsstrategien für Prothesen geleistet. In Zusammenarbeit mit uns hat das Unternehmen einen Multi-Elektroden-Armbandsensor entwickelt, der als biomedizinisches Armband für Menschen mit Gliedmaßenverlust dienen soll.
Ein Amputierter trägt IBT-Elektroden wird die verbleibende Muskulatur der Gliedmaßen durch eine ganze Reihe verschiedener wahrgenommener Griffe oder Gesten aktiviert. In der Regel geschieht dies in einem klinischen Umfeld mit Hilfe eines Arztes. Die Elektroden zeichnen dann elektromyografische (EMG) Daten auf und leiten sie an einen Lernalgorithmus weiter, der für jeden einzelnen Griff eine eindeutige Signatur erstellt. Von dort aus sucht die Logik in Echtzeit nach denselben EMG-Signaturen, um den gewünschten Griff des Amputierten in dessen eigener elektromechanischer Prothese zu erzeugen.
Wussten Sie schon?
EMG (elektromyographische) Technologie revolutioniert die Steuerung von Prothesen? EMG-Sensoren erfassen die elektrischen Signale, die Ihre Muskeln erzeugen, wenn sie sich zusammenziehen oder beugen. Indem wir mehrere Sensoren in einem biomedizinischen Armband anbringen, können wir eine detaillierte "Karte" der Muskelaktivität erstellen, die dabei hilft, die beabsichtigten Bewegungen in Prothesenaktionen umzusetzen.
Die Herausforderung: Die vielen Überlegungen zu einem biomedizinischen Armband
Um dieses biomedizinische Kunststück zu vollbringen, gab es viele sich überschneidende Anforderungen, die wir im Auge behalten mussten.
Das IBT-Team hatte den klaren Auftrag, dem Endverbraucher so gut wie möglich zu dienen. Das bedeutete, dass alle Entwürfe für eine breite Palette von Oberarmgrößen geeignet sein mussten und trotz der Dehnung der Elektroden noch funktionieren sollten. Und wie bei jedem tragbaren medizinischen Gerät ist natürlich auch die Materialauswahl entscheidend.
Die Entwicklung eines biomedizinischen Armbands, das Muskelsignale präzise erfassen kann und gleichzeitig den ganzen Tag über bequem zu tragen ist, ist keine leichte Aufgabe. Wir hatten jedoch solide Vorgaben, die uns während des gesamten Projekts eine klare Richtung vorgaben.
Überlegungen und Anforderungen
- Entwurf eines Arrays mit acht Elektroden, das sich an verschiedene Armgrößen anpassen lässt
- Aufrechterhaltung eines gleichmäßigen Elektrodenkontakts bei gleichzeitiger Gewährleistung eines angemessenen Bewegungsspielraums
- Schutz der empfindlichen internen Elektronik bei gleichzeitiger Erweiterungsmöglichkeit
- Sicherstellen, dass das gesamte System biokompatibel und reinigungsfähig ist
Entwurf und Prototyping eines biomedizinischen Armbands
Unser erster Schritt bestand darin, die optimale Anordnung der acht Elektroden um den Arm zu finden und gleichzeitig eine Größenanpassung zu ermöglichen. Im Gegensatz zu einer herkömmlichen Uhr oder einem Armband, die sich an einem einzigen Punkt anpassen lassen, benötigten wir eine gleichmäßige Ausdehnung zwischen den einzelnen Elektroden, um eine gleichbleibende Signalqualität zu gewährleisten.
Materialauswahl für tragbare medizinische Geräte
Für ein Gerät wie dieses, das in direktem Hautkontakt stehen soll, ist die Auswahl des Materials immer entscheidend. Wir haben uns auf zwei Hauptmaterialien konzentriert: Silikon und Urethan.
1. Silikon
- Ausgezeichnete Dehnungseigenschaften
- Nachgewiesene Erfahrung mit biomedizinischen Anwendungen
- Hervorragende chemische Verträglichkeit
- Leicht zu formen
- Kostengünstig
2. Urethan
- Hohe Reißfestigkeit
- Erhältlich in medizinischen Qualitäten
- Gute chemische Verträglichkeit
- Ausgezeichnete Formbarkeit
- Budgetfreundlich
Entwicklung eines zuverlässigen, herstellbaren biomedizinischen Armbands
Root3 Labs verfügt über umfangreiche Erfahrung im Laserschneiden und 3D-Drucken von kundenspezifischen, kostengünstigen Formen für den Gummiguss von Prototypenteilen in geringen Mengen. In diesem Fall wurden mehrere verschiedene Arten von Silikon- und Urethan-Gummi-Verbindungsleitungen in kundenspezifische Formen gegossen. Anschließend wurden die verschiedenen Lösungen von Hand auf ihre Eignung als flexibles Gehäuse für elektrische Verbindungen sowie als praktikable Gummiarmbänder getestet. Um unserem Partner die Kosten für die Herstellung von Spritzgusswerkzeugen zu ersparen, haben wir die Komponenten intern in 3D gedruckt und unser eigenes Acrylglas lasergeschnitten. Anschließend haben wir mehrere Runden von Prototypen aus echtem Silikon und Urethan in verschiedenen Härtegraden und Qualitäten durchlaufen.
In mehreren Iterationen und sorgfältigen Tests entwickelten wir zusammen mit dem IBT-Team ein biomedizinisches Armband, das alle Anforderungen erfüllte:
- Gleichmäßiger Elektrodenkontakt über verschiedene Armgrößen hinweg
- Geschützte Elektronik mit flexiblen Leiterbahnen
- Biokompatible Materialien, die für medizinische Zwecke geeignet sind
- Kostengünstiges Herstellungsverfahren
- Einfache Reinigung und Wartung für den Endverbraucher
Projekt-Galerie
Höhepunkte
DESIGN FOCUS
- Überlegungen zur Benutzerfreundlichkeit und zum 99%-Perzentil
- Geringere Größe und Komplexität
- Kosteneinsparungen durch gemusterte Teilkomponenten
- Eingebettete flexible Elektronik
- Design für die Fertigung
FABRIKATION
- Auswahl des Materials
- Gummiformteile
- Lasergeschnittene Vorrichtungen und Formmuster
- Vergossene flexible Leiter
Die Entwicklung tragbarer medizinischer Geräte erfordert sorgfältige Überlegungen zu den Bedürfnissen der Nutzer, den gesetzlichen Anforderungen und den Herstellungsprozessen. Ganz gleich, ob Sie an einem biomedizinischen Armband oder einem anderen innovativen medizinischen Gerät arbeiten, unser Team kann Ihnen helfen, Ihre Idee in die Realität umzusetzen.
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