خصائص المكونات الاصطناعية للطرف العلوي التشريحي
المفاصل ضرورية للحركة الوظيفية، لفهم كيف تحاكي المكونات الاصطناعية للطرف العلوي التشريحي، من المفيد وصف وظيفة المفاصل التشريحية من منظور المفاصل الميكانيكية البسيطة، كما قد تكون مفاصل الأطراف العلوية التشريحية ثورية بدرجة واحدة من الحرية أو عالمية بدرجتين من الحرية أو كروية بثلاث درجات من الحرية. بالإضافة إلى ذلك، يمكن الجمع بين المفاصل المختلفة في سلسلة أو بالتوازي لزيادة درجات الحرية.
مقاومة المفصل
في الطرف التشريحي، مقاومة المفصل (مقاومة القوة الخارجية) متغيرة حسب المهمة. على الرغم من أن المعاوقة المتغيرة مجدية للمكونات الاصطناعية التي تعمل بالطاقة، إلا أنها غير فعالة للغاية، كما يجب وضع في الاعتبار أن الكوع يحمل كتابًا أثناء القراءة، مقاومة الذراع تساوي قوة الجاذبية المؤثرة على الكتاب والساعد. في نظام ميكانيكي ذو معاوقة متغيرة باستمرار، ستكون هناك حاجة إلى طاقة مستمرة للحفاظ على موضع مفصل القوس.
للحفاظ على موارد الطاقة، تعتمد المكونات الاصطناعية عادةً تحكمًا مزدوجًا في المعاوقة مع مقاومة منخفضة (حركة حرة) لتحريك المفصل إلى الموضع المطلوب ومقاومة عالية لتثبيت المفصل في موضعه، كما تحتوي المكونات الاصطناعية الأخرى، مثل الرسغ متعدد المحاور على مقاومة زنبركية، تعيد المفصل إلى الوضع المحايد بعد إزالة قوة خارجية، لمنع تلف المشغل، تحتوي بعض المكونات على آليات قابض للسماح بمقاومة منخفضة (انفصال) بعد تجاوز قوة محددة مسبقًا.
جودة الحركة
يمكن أن تشير جودة الحركة إلى المدى الذي تكرر فيه حركة المشغلات المزودة بالطاقة حركة واقعية. العديد من مشغلات الأطراف العلوية لها حركات سرعة فردية خام والتي تقل بشكل كبير عن التسارعات والتباطؤات الطبيعية السريعة للحركة البشرية العادية. بالإضافة إلى ذلك، من الشائع لمبتوري الأطراف تجاوز وضع المفصل المطلوب، مما يزيد من وقت المهمة والحمل المعرفي ويؤدي في النهاية إلى الإحباط. مع تقدم التكنولوجيا، قد تحظى جودة حركة المكونات الاصطناعية بمزيد من الاهتمام، مما يؤدي إلى تحسين النتائج الوظيفية والمظهر السلوكي.
على الرغم من مراعاة مصادر الطاقة غير العادية، بما في ذلك الغاز المضغوط والميثانول الصخري والسائل الشوكي وخلايا وقود الجلوكوز القابلة للزرع، إلا أن جميع المكونات الحالية المتوفرة بالطاقة تعتمد على طاقة البطارية، قد يتحمل المستخدم الشحن اليومي للبطارية ولكن قد يجد استبدال البطارية خلال اليوم غير مريح، خاصة إذا كان يجب حمل البطارية الثانية في الجيب.
يجب مراعاة توقع الاستخدام اليومي المعتاد للبطارية في وصفة المكونات لأن تردد الشحن قد يؤثر على قبول الطرف الاصطناعي. يعتمد أداء البطارية على عدة متغيرات، تحدد تقنية البطارية كثافة الطاقة النسبية، مع كون بطاريات الليثيوم أيون هي المعيار الحالي، كما يُفضل كثافة الطاقة العالية لأنه يمكن تحقيق أداء أطول بنفس الوزن. من وجهة نظر المستخدم، من المستحسن أن تدوم البطارية يومًا كاملاً قبل الحاجة إلى إعادة الشحن، يمكن تقييم سعة البطاريات المختلفة من خلال مقارنة تصنيف مللي أمبير في الساعة، مع رقم أعلى يمثل أداءً متزايدًا للوقت، يتم تغليف بطاريات البوليمر في كيس ناعم، مما يقلل من الوزن والصلابة.
تعد هذه البطاريات مفيدة للتطبيقات التعويضية، نظرًا لأنه يمكن تحديد موقع استراتيجي للخلايا المتعددة الرقيقة المرنة، مثل الخلايا الموجودة في مكان قريب والتي يتم تحديدها في مقبس لتقليل الوزن الوظيفي المتصور، لا تعد بطاريات البوليمر مثل بطاريات الإلكتروليت السائلة من الليثيوم بوليمر، على الرغم من توفر كيماويات الليثيوم أيون وبوليمر الليثيوم في عبوات بوليمر مرنة.
يمكن للأنظمة التعويضية التي تعمل بالطاقة أن تعمل بجهد كهربائي مختلف. بالنسبة للأطراف الاصطناعية ذات المكونات المتعددة التي تعمل بالطاقة، قد يختلف جهد أحد المكونات عن الآخر لزيادة أداء المشغل إلى أقصى حد. على سبيل المثال، يتطلب الكوع عزم دوران أعلى بكثير من الإبهام أو الأصابع بسبب ذراع الساعد الأطول بشكل كبير، لاستيعاب هذا التعقيد، تتوفر بطاريات ذات جهد مزدوج أو (أقل تفضيلاً) يمكن استخدام بطاريتين، كما تتأثر راحة المستخدم بنوع البطارية وموضعها.
بعض البطاريات داخلية ويجب إعادة شحنها باستخدام منفذ شحن قبل أن يصبح الطرف الاصطناعي قابلاً للاستخدام. البطاريات الأخرى خارجية (قابلة للإزالة) للسماح باستخدام بطارية بديلة مشحونة أثناء إعادة شحن البطارية المستنفدة، يجب وضع البطاريات في أقرب مكان ممكن لتقليل الوزن الوظيفي المتصور وزيادة سعة المحرك إلى أقصى حد، قد توفر البطاريات المسجلة الملكية أداءً متزايدًا ولكنها تأتي على حساب التوافر المحلي المحدود، كما قد تصبح أوقات شحن البطارية عاملاً إذا لم يكن المبتور على استعداد لحمل بطارية ثانية عندما تكون السعة غير كافية ليوم كامل من الاستخدام.
أجهزة الاستشعار
إن ضغط اليد ووظائفه العديدة تجعل من الصعب التكرار في جهاز استشعار اصطناعي يعمل بالطاقة، لتكرار القبضات الأساسية لليد البشرية بشكل مناسب، يتطلب المستشعر المسبق اليدوي الاصطناعي ثلاث أو أربع درجات: اثنتان للإبهام وواحد للإصبع السبابة وواحد للأرقام الثلاثة المتبقية، كما أن توافر مساحة محدودة يقيد حجم وعدد المحركات المتاحة للاستخدام. وبالتالي، غالبًا ما تكون الأيدي الاصطناعية غير فعالة، في محاولة لتوفير وظيفة مماثلة بدرجات أقل من الحرية أو المشغلات.
تم تطوير أجهزة الاستشعار الأولية التي تعمل بالكهرباء منذ أكثر من نصف قرن ولا تزال متاحة تجاريًا في عدة أشكال، تأخذ المستشعرات الأولية المجسمة الشكل العام ليد الإنسان التشريحي، في حين يمكن تشكيل المستشعرات الأولية غير البشرية في شكل خطاف أو قابض. في البداية، قدمت أجهزة الاستشعار درجة واحدة فقط من الحرية، مع رقمين أو ثلاثة أرقام في المعارضة، ركزت التطورات الأخيرة في أجهزة الاستشعار المسبق التي تعمل بالطاقة على تصميمات وظيفية أكثر تأثرًا من الناحية التشريحية مع وجود الإبهام والأصابع متعددة درجات الحرية، على غرار المكونات الأخرى التي تعمل بالطاقة، فإن معظم استراتيجيات التحكم المسبق لها متغيرات تحكم رقمية وتناسبية وقابلة للبرمجة حسب احتياجات المستخدم، سواء باستخدام نظام تحكم أحادي أو ثنائي الموقع.
بغض النظر عن النوع، تقتصر جميع أجهزة الاستشعار المسبقة على وظائف الإمساك الأساسية، دون التحكم المستقل في الأرقام. على سبيل المثال، على الرغم من أن الأيدي المعقدة قد توفر عدة عشرات من الإمساك، فإن وظيفة اليد لا تسمح بالسلوكيات المعقدة مثل التحكم المستقل في الأرقام عند الكتابة أو العزف على آلة موسيقية، كما تتوفر المستشعرات الأولية المجسمة بأحجام مختلفة لتحسين عملية التجميل وتقليل الوزن غير الضروري. في الأفراد الذين يعانون من بتر أحادي الجانب، يتم قياس عرض مفاصل metacarpophalangeal المقابلة عادةً لتحديد حجم اليد المناسب.
