• area di contatto (contact area)
• generatori TENG (triboelectric generators)
• integrazione (integration)
• pelle sensorizzata (e-Skin)
• progettazione (design)
• protesi di mano (hand prosthesis)

L'obiettivo principale della progettazione delle protesi di mano è quello di creare un dispositivo che possa replicare il più possibile le funzioni e le caratteristiche della mano umana. Una protesi di mano dovrebbe essere in grado di replicare la capacità di movimento delle dita, di afferrare oggetti con diverse forme e dimensioni, e di fornire un senso di tatto e di posizione degli oggetti. Questa tesi ha lo scopo di illustrare l’intera fase di progettazione e integrazione meccanica di una pelle sensorizzata (e-Skin) implementata sul dito pollice di una mano robotica artificiale a scopo protesico: Mia Hand. L’arto protesico su cui verrà effettuata l’ingegnerizzazione è prodotto da Prensilia s.r.l., azienda spin-off della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. Le pelli sensorizzate (chiamate anche pelli artificiali) sono un dispositivo elettronico flessibile che comprende un array di trasduttori che traducono uno stimolo meccanico (ad esempio, forza) in un segnale analogico (tensione o corrente) e rappresentano uno sviluppo relativamente recente nel campo delle protesi di mano. Sono progettate per fornire un feedback tattile ai pazienti migliorando la loro sensazione di controllo sulla protesi e la loro interazione con l'ambiente circostante. La pelle artificiale che si andrà ad integrare sul dito utilizzerà trasduttori nano-generatori triboelettrici (TENG) a base di idrogel. La tesi è stata svolta all’interno del progetto europeo B-CRATOS (Wireless Brain-Connect inteRfAce TO machineS) che mira alla realizzazione di un'interfaccia wireless tra il cervello umano e le macchine (denominata BCI, Brain – Computer Interface) in grado di leggere e decodificare i segnali elettrici prodotti dal cervello, e di utilizzarli per controllare dispositivi esterni, come protesi e robot. Dopo uno studio preliminare riguardo l’analisi delle aree di contatto che si vengono a creare fra mano protesica (con particolare riguardo al pollice) ed oggetti in diverse prese che possono essere eseguite quotidianamente, si è passato allo sviluppo (modellazione teorica, progettazione e produzione) degli elementi necessari alla realizzazione della e-Skin e, quindi, alla valutazione dell'effettiva integrazione meccanica.

The main goal of prosthetic hand design is to create a device that can replicate the functions and characteristics of the human hand as closely as possible. A prosthetic hand should be able to replicate the movement ability of fingers, to grasp objects with different shapes and sizes, and to provide a sense of touch and the location of objects. This thesis aims to illustrate the entire mechanical design and integration phase of a sensorized skin (e-Skin) implemented on the thumb of an artificial robotic hand for prosthetic purposes: Mia Hand. The prosthetic limb on which the engineering will be carried out is produced by Prensilia s.r.l., a spin-off company of the Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa. Sensored skins (also called artificial skins) are a flexible electronic device comprising an array of transducers that translate a mechanical stimulus (for example, force) into an analog signal (voltage or current) and represent a relatively recent development in the field of prosthetics by hand. They are designed to provide tactile feedback to patients improving their sense of control over the prosthesis and their interaction with their surroundings. The artificial skin that will be integrated onto the finger will use hydrogel-based triboelectric nano-generator (TENG) transducers. The thesis was carried out within the European project B-CRATOS (Wireless Brain-Connect inteRfAce TO machineS) which aims at the creation of a wireless interface between the human brain and machines (called BCI, Brain – Computer Interface) able to read and decode the electrical signals produced by the brain, and to use them to control external devices, such as prostheses and robots. After a preliminary study regarding the analysis of the contact areas that are created between the prosthetic hand (with particular regard to the thumb) and objects in different grips that can be performed daily, we moved on to the development (theoretical modeling, design and production ) of the elements necessary for the creation of the e-Skin and, therefore, for the evaluation of the effective mechanical integration.