ETD

• Feedback sensoriale
• FSR
• Matrice tattile
• MIA hand
• Protesi di mano

Hands are the primary means of interaction with the physical world, enabling the performance of daily activities, precise object manipulation, and sensory perception. Upper limb loss severely compromises these capabilities and, although modern prostheses have achieved remarkable levels of motor functionality, they remain largely unable to provide meaningful tactile feedback. Restoring a sensory experience to amputees is therefore one of the main open challenges in prosthetics research, addressable only through appropriate sensorization of prosthetic devices. The MIA hand upper limb prosthesis, the subject of this thesis, lacks an integrated tactile sensory system, leaving users without information on contact location or pressure distribution during object manipulation. This thesis work, carried out within the framework of the European project B-CRATOS, aims to demonstrate the integration of a tactile matrix based on force-sensitive resistor (FSR) sensors into the fingertip of the MIA hand prosthesis. Through finite element simulations, the electromechanical behaviour of the electrodes in response to applied force was characterised, enabling optimisation of the number and placement of sensors integrated into a flexible printed circuit board (PCB). The finger geometry was adapted to allow PCB placement while maintaining compatibility with the prosthesis. Experimental evaluation of 63 sensors — 7 per PCB — distributed across three batches with different electrode densities, revealed a success rate of 61 out of 63 and high repeatability across productions. Furthermore, tests demonstrated that geometric size is the primary factor governing sensor sensitivity. This work provides a concrete and replicable pathway toward the integration of FSR tactile sensorization.

Le mani costituiscono il principale mezzo di interazione con il mondo fisico, consentendo lo svolgimento delle attività quotidiane, la manipolazione precisa degli oggetti e la percezione sensoriale. La perdita dell'arto superiore compromette gravemente queste capacità e, sebbene le protesi moderne abbiano raggiunto notevoli livelli di funzionalità motoria, rimangono in larga parte incapaci di fornire un ritorno tattile significativo. Restituire un'esperienza sensoriale agli amputati rappresenta quindi una delle principali sfide aperte nella ricerca protesica, affrontabile solo attraverso un’opportuna sensorizzazione delle protesi. La protesi di arto superiore MIA hand, oggetto del presente lavoro di tesi, è priva di un sistema di sensoriale tattile integrato, non consentendo di avere informazioni sulla posizione del contatto o sulla distribuzione della pressione durante la manipolazione degli oggetti. Il presente lavoro di tesi, integrato all’interno del progetto Europeo B-CRATOS, ha lo scopo di dimostrare l’integrazione di una matrice tattile basata su sensori resistivi di forza (FSR) nel polpastrello della protesi di mano MIA. Tramite simulazioni agli elementi finiti è stato caratterizzato il comportamento elettromeccanico degli elettrodi in risposta all’applicazione di una forza, permettendo di ottimizzare il numero ed il posizionamento dei sensori, integrati in una scheda a circuito stampato flessibile (PCB). La geometria del dito è stata adattata per consentire il posizionamento della scheda, mantenendo la compatibilità con la protesi. La valutazione sperimentale su 63 sensori, 7 per ogni PCB, distribuiti in tre lotti con differenti densità di elettrodi, ha rivelato un tasso di successo di 61 su 63 e un'elevata ripetibilità tra le diverse produzioni. Inoltre, i test hanno dimostrato che la dimensione geometrica costituisce il fattore principale per la sensibilità del sensore. Questo lavoro fornisce un percorso concreto e replicabile verso l'integrazione di sensorizzazione tattile FSR.