부분 손가락 절단 환자들이 경제적 부담 없이 일상에서 안정적인 파지 기능을 수행할 수 있는 보조 손가락을 개발할 수 없을까?
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후천적 사고 등으로 인한 국내 손가락 절단 환자의 지속적 발생과 높은 치료 수요
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글로벌 보조기기 시장은 성장 중이나 기존 전동 의수의 고가 책정으로 구매 장벽 존재
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개인별 결손 부위 편차가 크나 환자 맞춤형 및 경량화 보조기기 보급은 미비한 실정
기존 방식의 문제점
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제한된 자유도로 인해 일상생활 속 섬세하고 다양한 파지 동작 구현의 한계
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의수의 무게가 팔에 집중되어 장시간 착용 시 전완근의 신체적 피로도 극심
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높은 제품 단가로 경제적 부담이 크며 환자 결손 부위별 맞춤형 제작이 어려움
핵심 아이디어
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모터·배터리를 등으로 이동시켜 팔 부하를 최소화하는 백팩형 구동부 배치
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보우덴 케이블 동력 전달 및 Slack 현상을 방지하는 일체형 장력조절기 설계
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EMG·플렉스·압력 센서와 가변 링크 구조를 융합한 비정형 물체 적응형 파지
활용된 핵심 기술 또는 이론
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SolidWorks 설계 및 RecurDyn 해석을 통한 간섭 검증 후 ANSYS를 활용한 가변 링크 구조와 장력조절기의 응력 집중 해소 및 파라미터 최적화
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생체신호처리 및 AI제어공학을 통한 EMG 노이즈 필터링 및 굽힘·압력 센서 데이터 기반 실시간 제어
기존 방식과의 차별성
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착용부와 구동부의 무게 분산 설계를 통해 실제 팔 착용 부위 무게를 기존 대비 70% 대폭 감축
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가변 링크 구조와 최적 설계를 통해 목표치를 상회하는 파지력(23.8N)과 자연스러운 움직임 구현
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EMG, 굽힘, 압력 센서를 융합하여 오작동 방지 및 능동형 파지 시스템 제어 시퀀스 구축
문제 해결 과정
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기존 의수 한계 분석 후 다중 손가락 및 가변 링크 모델링 수행과 장력 조절기 설계
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ANSYS로 설계 안정성 확보 후 보우덴 케이블 연결 및 센서 제어 시퀀스 구현
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3D 프린팅 최종 조립 후 손가락의 핀치력 측정 및 파지 능력 검증 완료
최종 사용자
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사고나 질환으로 손가락이 절단되어 파지 활동에 불편을 겪는 부분 결손 환자
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고가의 상용 전동 의수 구입비 및 유지보수 비용에 경제적 부담을 느끼는 환자 가족
기대효과
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착용부 무게 감축(70%)으로 장시간 사용 시에도 신체 피로 없이 일상생활 가능
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강력한 파지력 및 능동형 동작 구조로 정밀 필기구부터 무거운 물병까지 안전하게 파지
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3D 프린팅 기반 모듈러 설계로 파손 시 저비용으로 신속한 맞춤형 유지보수 가능
참여 정보
팀명
Dexterity
수강 교과목
심화종합설계
지도 교수
이중석
참여 개발자
김재현(기계공학부), 김현수(기계공학부), 김현우(기계공학부), 노현구(기계공학부), 장혁(기계공학부)
