• analisi agli elementi finiti
• attuatori tattili soft
• feedback sensoriale

Negli ultimi anni, il tasso di rigetto delle protesi di arto superiore è aumentato, poiché la perdita di una mano non comporta solo la perdita di uno strumento di manipolazione, ma anche una significativa disconnessione sensoriale. La mancanza di feedback sensoriale è infatti considerata la principale causa di rigetto della protesi.
Attualmente, il feedback viene fornito principalmente tramite stimolazione vibrotattile, che implica una sostituzione sensoriale (al senso del tatto viene sostituita una vibrazione). Questo processo non solo richiede un periodo di training e un carico cognitivo non trascurabile per l’individuo, ma risulta anche poco efficace nel lungo termine: la stimolazione, infatti, viene progressivamente filtrata dal cervello e perde di efficacia con il tempo.
Una possibile soluzione tecnologica è rappresentata da nuovi attuatori tattili soft, che potrebbero fornire un'alternativa efficace in assenza di feedback sensoriale, senza i principali svantaggi della stimolazione vibrotattile.
Nell’ambito del progetto di ricerca in cui si inserisce questo lavoro di tesi, è stato progettato, caratterizzato meccanicamente e testato su individui un attuatore soft in nylon. L’obiettivo della tesi è stato quello di modellarne le prestazioni utilizzando un software di analisi agli elementi finiti (COMSOL Multiphysics) per studiarne il comportamento e ottimizzarne il design (ad esempio, variando forma e spessore). Questo approccio permetterebbe di ridurre tempi e costi di sviluppo, evitando di dover rifabbricare l’attuatore in laboratorio a ogni modifica.
I dati sperimentali sono stati confrontati con quelli ottenuti dalla simulazione, evidenziandone punti di forza e criticità. Una volta ottenuto un modello in grado di rappresentare accuratamente il dispositivo reale, il lavoro è proseguito con un’ulteriore fase di sviluppo sperimentale, testando la simulazione di un diverso tipo di polimero (TPU). Quest’ultimo ha mostrato prestazioni superiori rispetto al nylon in termini di forza prodotta. Per validare i risultati ottenuti con il modello, è stato infine fabbricato un nuovo attuatore in TPU e ne è stata verificata la bontà attraverso test sperimentali.
Questo lavoro rappresenta un primo passo verso la progettazione guidata da modello per la stimolazione sensoriale in persone con amputazione.

In recent years, the rejection rate of upper limb prostheses has increased, as the loss of a hand not only involves the loss of a manipulation tool, but also a significant sensory disconnection. The lack of sensory feedback is in fact considered the main cause of prosthesis rejection.
Currently, feedback is mainly provided through vibrotactile stimulation, which involves a sensory substitution (the sense of touch is replaced by a vibration). This process not only requires a training period and a significant cognitive load for the individual, but is also not very effective in the long term: the stimulation, in fact, is progressively filtered by the brain and loses effectiveness over time.
A possible technological solution is represented by new soft tactile actuators, which could provide an effective alternative in the absence of sensory feedback, without the main disadvantages of vibrotactile stimulation.
As part of the research project in which this thesis work is part, a soft nylon actuator was designed, mechanically characterized and tested on individuals. The aim of the thesis was to model its performance using a finite element analysis software (COMSOL Multiphysics) to study its behavior and optimize its design (for example, by varying its shape and thickness). This approach would reduce development times and costs, avoiding the need to remanufacture the actuator in the laboratory for each modification.
The experimental data were compared with those obtained from the simulation, highlighting their strengths and weaknesses. Once a model capable of accurately representing the real device was obtained, the work continued with a further phase of experimental development, testing the simulation of a different type of polymer (TPU). The latter showed superior performance compared to nylon in terms of force produced. To validate the results obtained with the model, a new TPU actuator was finally manufactured and its quality was verified through experimental tests.
This work represents a first step towards model-guided design for sensory stimulation in people with amputations.