Planejamento e projeto do produto para demanda de tecnologia assistiva: metodologia de solução inventiva para o desenvolvimento de órtese
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Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Tese de doutorado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
Rafael Coelho Magalhães
Anderson Antônio Horta
Bruna Aparecida Rezende
Anderson Antônio Horta
Bruna Aparecida Rezende
Resumo
A utilização de órteses, estáticas e dinâmicas é uma forma eficiente para tratar as incapacidades e deficiências da mão, muitas vezes causadas por lesões cerebrais, como Paralisia Cerebral e disfunções motoras. Entretanto, ainda que altamente recomendado por profissionais da área, a utilização das órteses muitas vezes é negligenciada devido ao alto custo de aquisição, desconforto do dispositivo e complexidade de utilização e manutenção. Nesse contexto, o presente estudo tem como objetivo apresentar o processo e desenvolvimento de duas órteses de mão, sendo uma estática, de posicionamento, e uma dinâmica, de incremento de funcionalidade. O modelo de órtese estática foi desenvolvido a partir de Otimização de Topologia, sendo que, para validação deste modelo foram realizadas simulações numéricas por Análise de Elementos Finitos e Estudos Termográficos comparativos com o modelo tradicional. Os resultados demonstram que o novo modelo, ao ser comparado com o modelo tradicional, apresenta redução de 17,56% no volume de material utilizado, redução de 35,48% no peso da órtese e redução de 171,17% na deformação máxima de superfície quando sujeito às forças atuantes. Também foi verificado que, ao ser fabricado por MA, o novo modelo é 2,54 vezes mais barato do que o modelo tradicional além de apresentar melhor desempenho no arrefecimento durante a utilização (max: 36.4ºC) se comparado com o modelo tradicional (max.: 39.7ºC). A proposta da órtese dinâmica foi o desenvolvimento de um dispositivo funcional de ativação simplificada. Foi desenvolvido um mecanismo de conservação de energia a partir de mola de torção para viabilizar a funcionalidade da mão em indivíduos com Paralisia Cerebral Hemiplégica. Os resultados clínicos da órtese dinâmica demonstraram funcionalidade do dispositivo, tanto na ativação do movimento de pinça quanto na força de preensão fornecida pela mola. A análise estatística demonstrou superioridade de funcionalidade na intervenção da órtese dinâmica em comparação com a intervenção sem a órtese (p < 1000), todavia, não foi indicado diferença significativa na comparação de funcionalidade entre as intervenções com a órtese dinâmica e sem a órtese.
Abstract
The use of orthoses, static and dynamic, is an efficient way to treat hand
impairments and limitations, often caused by brain injuries, such as Cerebral
Palsy and motor dysfunctions. However, although highly recommended by
professionals in the area, the use of orthoses is often neglected due to the high
cost of acquisition, discomfort of the device, and complexity of use and
maintenance. In this context, this study aims to present the process and
development of two hand orthoses, being a static one, for positioning, and a
dynamic one, for increasing functionality. The static orthosis model was
developed from Topology Optimization. To validate the new model, numerical
simulations were performed by Finite Element Analysis and Thermographic
Studies were compared to the traditional model. The results show that the new
model, when compared to the traditional model, presents a 17.56% reduction in
the volume of material used, a 35.48% reduction in the weight of the orthosis,
and a 171.17% reduction in the maximum surface deformation when subjected
to the acting forces. It was also verified that, when manufactured by MA, the new
model is 2.54 times cheaper than the traditional model besides presenting better
cooling performance during use (max: 36.4ºC) if compared to the traditional
model (max: 39.7ºC). The proposal of the dynamic orthosis was to develop a
functional device with simplified activation. A torsion spring energy conserving
mechanism was developed to enable hand functionality in individuals with
Hemiplegic Cerebral Palsy. Clinical results of the dynamic orthosis demonstrated
functionality of the device in both the activation of the pincer movement and the
gripping force provided by the spring. Statistical analysis demonstrated
superiority of functionality in the dynamic orthosis intervention compared to the
intervention without the orthosis (p < 1000), however, no significant difference
was indicated in the comparison of functionality between the interventions with
the dynamic orthosis and without the orthosis.
Assunto
Engenharia de produção, Reabilitação, Órtese, Otimização
Palavras-chave
Reabilitação, Funcionalidade, Órteses