Протез кисти руки для взаимодействия с емкостным сенсорным экраном электронного устройства
Группа изобретений относится к медицине, а именно к протезам кисти руки для взаимодействия с емкостным сенсорным экраном электронного устройства. Протез содержит искусственный палец с дистальной фалангой и токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном. Токопроводящий элемент состоит из смеси полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок и имеет уровень удельного электрического сопротивления, соответствующий этому уровню у кожного покрова тела человека. Токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном выполнен в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца протеза кисти руки. Достигается снижение риска потери возможности взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Группа изобретений относится к области медицинской техники в сфере протезирования, а именно к протезированию верхних конечностей, в частности к устройству пальца протеза верхней конечности.
Известен модуль искусственного пальца, обеспечивающий взаимодействие с сенсорным экраном, выполненный путем проведения электропроводящего контакта от кончика дистальной фаланги искусственного пальца к клемме встроенного в палец двигателя [US 20170007424, дата приоритета: 25.02.2014, дата публикации: 12.01.2017, МПК: A61F 2/58; A61F 2/70].
Известное техническое решение распространяется только на биоэлектрические протезы, оснащенные источником энергии и активными исполнительными механизмами любого типа, что значительно ограничивает область применения технического решения для сферы протезирования верхних конечностей.
Известно техническое решение, в котором раскрывается протез руки, содержащий контактный элемент на кончике дистальной фаланги, электропроводящий элемент, обеспечивающий электрический контакт между кончиком дистальной фаланги и телом человека, за счет чего обеспечивается возможность взаимодействия с сенсорным экраном [KR 20150094206, дата приоритета: 11.02.2014, дата публикации: 19.08.2015, МПК: A61F 2/54].
Недостатком данного технического решения является усложнение технологического процесса изготовления протеза из-за необходимости прокладки электропроводящего контакта от дистальной фаланги к телу человека. Также подобное исполнение не позволяет обеспечить надежного контакта с кожей, так как при повседневном использовании контакт может отходить, что приводит к некорректной работе при взаимодействии с сенсорным экраном. Также это может привести к аллергическим реакциям и ухудшению здоровья пользователя протеза, вызванным длительным контактом кожи с металлическим элементами.
Таким образом, существующие решения для протезов не обеспечивают эффективной работы для пользователя, так как их исполнение сопряжено с такими проблемами как узкая область применения, низкая надежность наряду с высоким риском возникновения дискомфортных ощущений для пользователя при их эксплуатации.
В качестве прототипа выбран протез кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства, при этом в документе раскрыто, что протез кисти руки может быть покрыт составом из смеси полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок, образующим на поверхности протеза кисти руки токопроводящий элемент для взаимодействия с сенсорным экраном при этом элемент представлен в виде интегрированного в поверхность протеза слоя, имеющего уровень удельного электрического сопротивления, соответствующий этому уровню у кожного покрова тела человека [US 2012308806, дата приоритета: 30.11.2011, дата публикации: 06.12.2012, МПК: C14C 13/00; H01B 1/00; H01B 1/02; H01B 1/04; H01B 1/12; B32B 9/02; B82Y 30/00].
Преимуществом прототипа является его удобство и безопасность при взаимодействии с сенсорными экранами, а также простота конструкции за счет того, что для взаимодействия с сенсорными экранами он имеет токопроводящий элемент в виде слоя на поверхности, имитирующего электрическое сопротивление кожного покрова тела человека. Однако прототип имеет серьезный недостаток, который заключается в низкой надежности протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном, который обусловлен низкой износостойкостью и быстрой истираемостью токопроводящего слоя для взаимодействия с сенсорным экраном, либо высоким риском повреждения этого слоя при механическом воздействии, что может привести к изменению уровня удельного электрического сопротивления отдельных областей протеза и, соответственно, к полной или частичной потере возможности взаимодействия пользователя с сенсорным экраном, что в последствии потребует замены протеза, либо повторного нанесения токопроводящего слоя, что существенно снижает ремонтопригодность протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном.
Техническая проблема, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в необходимости повышения надежности протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в снижении риска потери возможности взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в повышении износостойкости токопроводящего элемента для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в увеличении срока эксплуатации токопроводящего элемента для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в повышении ремонтопригодности протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в снижении риска выхода из строя токопроводящего элемента для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства при механических повреждениях.
Дополнительный технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в обеспечении возможности замены токопроводящего элемента для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства в случае выхода его из строя.
Сущность первого изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Протез кисти руки для взаимодействия с емкостным сенсорным экраном электронного устройства содержит искусственный палец с дистальной фалангой и токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном, состоящий из смеси полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок, имеющий уровень удельного электрического сопротивления, соответствующий этому уровню у кожного покрова тела человека. В отличие от прототипа токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства выполнен в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца.
Сущность второго изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Искусственный палец для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства в отличие от прототипа состоит из смеси полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок и выполнен с возможностью обеспечения уровня удельного электрического сопротивления 102-106 Ом⋅м.
Сущность третьего изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Дистальная фаланга для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства в отличие от прототипа состоит из полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок и выполнена с возможностью обеспечения уровня удельного электрического сопротивления 102-106 Ом⋅м.
Токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном выполнен в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца, что снижает риск потери возможности взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном за счет использования в качестве токопроводящего элемента для взаимодействия с сенсорным экраном частей протеза объемной формы, закрепляемых на протезе кисти руки. Также за счет объемной формы токопроводящего элемента повышается износостойкость токопроводящего элемента для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном, увеличивается срок его эксплуатации и снижается риск выхода из строя токопроводящего элемента при его механических повреждениях. Возможность закрепления токопроводящего элемента в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца может обеспечиваться за счет резьбового и/или нерезьбового отверстия, обеспечивающего возможность установки искусственного пальца на протез кисти руки или возможность установки дистальной фаланги искусственного пальца на элемент проксимальной или промежуточной фаланги искусственного пальца с натягом. Либо эти элементы могут иметь пазы или выступы для закрепления. Также они могут иметь поверхность, предназначенную для закрепления клеевым и другими способами неразъемного соединения.
Накладка искусственного пальца может быть представлена в виде вставки, закрепляемой на дистальной фаланге искусственного пальца или, в некоторых случаях - на промежуточной фаланге искусственного пальца, или она может быть выполнена в виде напальчника. Это не только снижает риск потери возможности взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном, но и повышает ремонтопригодность протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном и дает возможность замены токопроводящего элемента для взаимодействия сенсорным экраном в случае выхода его из строя. Вставка для закрепления может иметь одну поверхность или две и более смежных поверхностей, обеспечивающих возможность установки вставки в ответные элементы на дистальной фаланге или искусственном пальце для ее разъемного закрепления, либо поверхность для закрепления вставки на дистальной или промежуточной фаланге клеевым и другими способами неразъемного соединения.
В качестве полимерного наполнителя может быть представлен силикон, полиуретан или иные полимеры, а также их комбинации, обеспечивающие требуемые электротехнические характеристики при совместном использовании полимерного наполнителя с углеродными нанотрубками. Углеродные нанотрубки могут быть представлены одностенными или многослойными углеродными нанотрубками. Однако наиболее предпочтительно применение одностенных углеродных нанотрубок, так как они обладают более высокими показателями прочностных характеристик, что также влияет на износостойкость дистальной фаланги искусственного пальца.
Токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства имеет уровень удельного электрического сопротивления, соответствующий этому уровню у кожного покрова тела человека. Для этого токопроводящий элемент представленный в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца или накладки на искусственный палец или на дистальную фалангу искусственного пальца протеза кисти руки имеет уровень удельного электрического сопротивления 102-106 Ом⋅м, что обеспечивает соответствие сопротивления проводящего элемента уровню электрического сопротивления кожи человека и дает возможность распознавания сенсорным экраном касания проводящим элементом.
Под удельным электрическим сопротивлением подразумевается то, что однородный проводник длиной 1 м с площадью поперечного сечения 1 м2, изготовленный из представленной смеси полимерного материала с углеродными нанотрубками, имеет сопротивление, равное 1 Ом. Это достигается за счет равномерного распределения углеродных нанотрубок в структуре полимерного наполнителя. Для обеспечения данного уровня удельного сопротивления наиболее предпочтительно содержание углеродных нанотрубок от 1% до 10% от общей массы полимерного наполнителя, используемого при изготовлении токопроводящего элемента, что позволяет имитировать удельное электрическое сопротивление человеческой кожи. В случае содержания углеродных нанотрубок менее 1 % от общей массы полимерного наполнителя, удельное сопротивление достигает уровня более 106 Ом⋅м, и возрастает риск потери возможности применения накладки искусственного пальца для взаимодействия с сенсорным экраном, в то время как в случае применения более 10 %, удельное сопротивление уменьшается, и также не достигается результат оптимального взаимодействия искусственного пальца с сенсорным экраном электронного устройства. Токопроводящий элемент в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца или накладки на искусственный палец или на дистальную фалангу искусственного пальца протеза кисти руки может быть изготовлен методом литья, например литьем под давлением смеси из полимерного материала и углеродных нанотрубок в литьевые формы гладких материалов с последующим ее охлаждением и другими известными способами получения объемных конструкций.
Группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестными из уровня техники существенными признаками, заключающимися в том, что токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном выполнен в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца протеза кисти руки, что позволяет за счет придания смеси из полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок конструкции объемной формы значительно лучше распределять нагрузку по структуре токопроводящего элемента при взаимодействии протеза кисти руки с сенсорным экраном и таким образом позволяет не только повысить износостойкость токопроводящего элемента для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства и снизить риск выхода из строя токопроводящего элемента для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства при механических повреждениях, но и существенным образом увеличить срок эксплуатации токопроводящего элемента для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства. При этом в случае регистрирования истирания токопроводящего элемента обеспечивается возможность его заблаговременной замены. Совокупно указанные признаки и эффекты от них обеспечивают достижение технического результата, заключающегося в снижении риска потери возможности взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства, тем самым повышая надежность протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства.
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники известен электромеханический протез кисти руки с искусственным пальцем, в котором токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства представлен в виде металлического проводника, расположенного на кончике пальца и «заземленного» на клемму встроенного в палец электрического двигателя. Также из уровня техники известен протез кисти руки, на кончике дистальной фаланги которого расположен токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства, который представлен в виде проводника, имеющего поверхность для соединения с кожным покровом человека. Также из уровня техники известен протез кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства, который покрыт слоем токопроводящего материала на основе полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок, имеющего уровень удельного электрического сопротивления, соответствующий этому уровню у кожного покрова тела человека. Однако из уровня техники не известно выполнение из такой смеси искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца или накладки на искусственный палец или на дистальную фалангу искусственного пальца протеза кисти руки, позволяющие снизить риск потери возможности взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном электронного устройства. Существенные признаки группы изобретений не известны из уровня техники, ровно также, как не известен и не очевиден эффект от их применения. Это свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Группа изобретений связана между собой и образует единый изобретательский замысел, заключающийся в том, что искусственный палец, дистальная фаланга искусственного пальца для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном является частью протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном, что свидетельствует о соответствии группы изобретений требованию «единства изобретения».
Группа изобретений поясняется следующими фигурами.
Фиг. 1 - тяговый протез кисти руки с токопроводящим элементом для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном, представленным в виде дистальной фаланги.
Фиг. 2 - бионический протез кисти руки с токопроводящим элементом для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном, представленным в виде оболочки, установленной на дистальную фалангу искусственного пальца
Фиг. 3 - косметический протез кисти руки с токопроводящим элементом для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном, представленным в виде вставки, разъемно присоединенной к искусственному пальцу.
Фиг. 4 - токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном в виде дистальной фаланги, установленной на промежуточную фалангу искусственного пальца протеза кисти руки.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути группы изобретений ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая группа изобретений ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Этапы изготовления токопроводящего элемента 1 для взаимодействия протеза кисти руки с сенсорным экраном, представленным в виде накладки искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца включают перемешивание комбинации силикона или полиуретана с углеродными трубками в таком количестве, чтобы процентная доля углеродных нанотрубок была 6%, подачу приготовленной смеси под давлением в пресс-форму, выполненную из фотополимера и разогретую до 60-75°С, вулканизацию полимера под действием температуры, охлаждение полученного элемента 1 и его последующее отделение от пресс-формы.
После изготовления токопроводящего элемента 1 он, в зависимости от фактического исполнения (искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца или накладки на искусственный палец или на дистальную фалангу искусственного пальца протеза кисти руки), может быть установлен на промежуточную или проксимальную фалангу искусственного пальца протеза либо установлен на дистальную фалангу искусственного пальца или искусственный палец.
Группа изобретений работает следующим образом.
После сборки протеза пользователь получает возможность касанием искусственного пальца или дистальной фалангой искусственного пальца или накладкой на искусственный палец или на дистальную фалангу искусственного пальца протеза кисти руки за счет того, что он выполнен с возможностью обеспечения уровня удельного электрического сопротивления 102-106 Ом⋅м взаимодействовать с сенсорными экранами смартфонов, смарт-часов и других изделий. При этом за счет резьбового и/или нерезьбового отверстия, обеспечивающего возможность установки элемента 1 на элемент промежуточной фаланги искусственного пальца с натягом, либо за счет поверхности, предназначенной для закрепления на промежуточной фаланге искусственного пальца клеевым способом, либо за счет одной, двух и более смежных поверхностей, обеспечивается возможность установки элемента 1 в ответные элементы на промежуточной или дистальной фаланге, либо на поверхности для закрепления элемента 1 на дистальной фаланге клеевым способом. За счет представленной конструкции элемента 1 обеспечивается возможность его замены в случае выхода из строя, и, помимо этого, за счет использования в его конструкции объемной формы, выполненной из смеси полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок, существенно увеличивается его ресурс.
Представленные элементы могут быть изготовлены на любой тип протеза кисти руки (тяговые, косметические, биоэлектрические) любого уровня ампутации (кисть, предплечье, плечо) любого производителя.
Таким образом обеспечивается достижение технического результата, заключающегося в снижении риска потери возможности взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства, тем самым повышается надежность протеза кисти руки для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства.
1. Протез кисти руки для взаимодействия с емкостным сенсорным экраном электронного устройства, содержащий искусственный палец с дистальной фалангой, и токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном, состоящий из смеси полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок, имеющий уровень удельного электрического сопротивления, соответствующий этому уровню у кожного покрова тела человека, отличающийся тем, что токопроводящий элемент для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном выполнен в виде искусственного пальца или дистальной фаланги искусственного пальца протеза кисти руки.
2. Протез по п. 1, отличающийся тем, что содержание углеродных нанотрубок составляет от 1 до 10 % от общей массы полимерного наполнителя.
3. Протез по п. 1, отличающийся тем, что углеродные нанотрубки представлены одностенными нанотрубками.
4. Искусственный палец для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства, характеризующийся тем, что состоит из смеси полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок и выполнен с возможностью обеспечения уровня удельного электрического сопротивления 102-106 Ом⋅м.
5. Дистальная фаланга для взаимодействия протеза кисти руки с емкостным сенсорным экраном электронного устройства, характеризующаяся тем, что она состоит из полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок и выполнена с возможностью обеспечения уровня удельного электрического сопротивления 102-106 Ом⋅м.
