Проводящий элемент для взаимодействия искусственного пальца с емкостным сенсорным экраном

Полезная модель относится к области медицинской техники в сфере протезирования, а именно к протезированию верхних конечностей, в частности к устройству пальца протеза верхней конечности.
Известен элемент искусственного ногтя, обеспечивающий взаимодействие с сенсорным экраном, выполненный путем литья под давлением смеси из угольного порошка и силикона [KR101314916, дата приоритета: 16.02.2012, дата публикации: 04.10.2013, МПК: A44C 25/00; A45D 31/00].
Недостатком данного и аналогичных решений является то, что они позволяют передать импульс на сенсорный экран только от тела человека и не могут обеспечить автономную работу литой детали, используемой в протезе пальца, кисти или руки в целом.
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 [US20170007424, дата приоритета: 25.02.2014, дата публикации: 12.01.2017, МПК: A61F 2/58; A61F 2/70].
Несмотря на то, что данное техническое решение обеспечивает возможность взаимодействия с сенсорным экраном при использовании протеза, оно распространяется только на биоэлектрические протезы, оснащённые 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 [KR20150094206, 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 приведет 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.
Известна композиция для покрытия натуральной или искусственной кожи, состоящая из полимера и проводящего вещества. В качестве полимера может быть использован полиуретан, а в качестве проводящего вещества – одностенные углеродные нанотрубки. Композиция может наноситься на кожу методом окраски, распыления или окунания [KR101382862, дата приоритета: 27.08.2012, дата публикации: 08.04.2014, МПК: C09D 5/24; D06M 13/252; D06M 13/256; G06F 3/041].
2
6
В качестве прототипа выбрано техническое решение, представляющее собой токопроводящую перчатку, ткань которой пропитана композицией из проводящего агента со связующим веществом. В качестве проводящего агента могут быть использованы углеродные нанотрубки, а в качестве связующего вещества – силикон или полиуретан. Данная композиция обеспечивает на перчатке покрытие с удельным сопротивлением менее 10-10Ом·м. Также в техническом решении раскрывается, что данное покрытие может быть использовано для протезов [US2012308806, 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].
2
6
Известные решения по патенту KR101314916 и US2012308806 устраняют недостатки других аналогов и обеспечивают возможность работы искусственной дистальной фаланги без контакта с кожей человека ввиду того, что в них используются углеродные нанотрубки, позволяющие обеспечить удельное сопротивление поверхности 10-10Ом·м. Однако данные решения имеют недостаток, устраняемый полезной моделью, а именно низкую износостойкость, так как они выполнены в виде плоских слоев, которые обладают высоким риском повреждения при механическом воздействии, что может привести к изменению удельного сопротивления и, соответственно, к потере возможности использования сенсорного экрана, что впоследствии потребует замены токопроводящей поверхности либо изделия целиком.
Технической проблемой, на решение которой направлена полезная модель, является снижение риска потери возможности применения проводящего элемента для взаимодействия искусственного пальца с сенсорным экраном.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение износостойкости проводящего элемента для взаимодействия искусственного пальца с емкостным сенсорным экраном с сопутствующим сохранением возможности применения проводящего элемента для взаимодействия искусственного пальца с емкостным сенсорным экраном.
Сущность полезной модели заключается в следующем.
2
6
Проводящий элемент для взаимодействия искусственного пальца с сенсорным экраном состоит из полимерного наполнителя и углеродных нанотрубок и выполнен с возможностью обеспечения уровня удельного электрического сопротивления 10-10 Ом·м, отличается тем, что выполнен в виде накладки искусственного пальца.
Под накладкой искусственного пальца подразумевается изделие объемной формы, закрепляемое на искусственном пальце, что не только обеспечивает повышение износостойкости проводящего элемента для взаимодействия искусственного пальца с сенсорным экраном с сопутствующим сохранением возможности применения проводящего элемента для взаимодействия искусственного пальца с сенсорным экраном, но и расширяет функционал этого элемента за счет обеспечения возможности его замены в случае истирания. Накладка искусственного пальца может быть представлена в виде дистальной фаланги, устанавливаемой на искусственном пальце и/или в виде вставки, устанавливаемой на фаланге искусственного пальца. Накладка, представленная в виде дистальной фаланги, может для этого иметь резьбовое и/или нерезьбовое отверстие, обеспечивающее возможность установки накладки на элемент промежуточной фаланги искусственного пальца с натягом, либо она может иметь поверхность, предназначенную для закрепления на промежуточной фаланге искусственного пальца клеевым способом. Накладка, представленная в виде вставки, для возможности установки на дистальную или промежуточную фалангу пальца может иметь одну, две и более смежных поверхностей, обеспечивающих возможность установки вставки в ответные элементы на промежуточной или дистальной фаланге либо поверхности для закрепления вставки на дистальной фаланге клеевым способом. Также вставка может быть представлена в виде оболочки, обеспечивающей возможность закрепления на дистальной фаланге пальца способом по типу напальчника.
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.
2
6
6
Проводящий элемент для взаимодействия с сенсорным экраном электронного устройства выполнен с возможностью обеспечения уровня удельного электрического сопротивления 10-10 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 дистальной фаланги, 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 10 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. Накладка искусственного пальца может быть изготовлена 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.
Совокупность существенных признаков полезной модели обладает новыми отличительными признаками, которые позволяют сделать вывод о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «новизна». Отличительным признаком полезной модели является то, что проводящий элемент для взаимодействия искусственного пальца с сенсорным экраном электронного устройства выполнен в виде накладки искусственного пальца, что за счет образования объемного изделия с заданными электротехническими характеристиками обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в повышении износостойкости проводящего элемента для взаимодействия искусственного пальца с сенсорным экраном электронного устройства с сопутствующим сохранением возможности применения проводящего элемента для взаимодействия с сенсорным экраном.
Полезная модель может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о соответствии полезной модели критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Сущность технического решения поясняется следующими фигурами, демонстрирующими его широкую область применения:
Фиг. 1 – Тяговый протез с накладкой 1 искусственного пальца в виде дистальной фаланги, выполненной с возможностью взаимодействия с сенсорным экраном.
Фиг. 2 – Бионический протез с накладкой 1 искусственного пальца в виде оболочки, установленной на дистальную фалангу и выполненной с возможностью взаимодействия с сенсорным экраном.
Фиг. 3 – Косметический протез с накладкой 1 искусственного пальца в виде вставки, выполненной с возможностью взаимодействия с сенсорным экраном.
Фиг. 4 – Накладка искусственного пальца 1 в виде дистальной фаланги, выполненной с возможностью взаимодействия с сенсорным экраном, установленная на промежуточную фалангу искусственного пальца.
Устройство может быть изготовлено следующим образом.
Этапы изготовления накладки 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 60-75ºС, вулканизацию полимера под действием температуры, охлаждение полученной дистальной фаланги искусственного пальца и последующее отделение готовой накладки искусственного пальца от пресс-формы.
После изготовления накладки искусственного пальца она в зависимости от фактического исполнения может быть установлена на промежуточную или проксимальную фалангу искусственного пальца протеза либо надета на дистальную фалангу искусственного пальца протеза (напальчник).
Также возможны варианты исполнения, при которых при литье накладка искусственного пальца может быть выполнена как одно целое с остальными фалангами пальца либо как одно целое с искусственным протезом кисти.
Устройство может быть осуществлено следующим образом.
После сборки протеза с использованием накладки искусственного пальца пользователь получает возможность касанием пальца протеза взаимодействовать с сенсорными экранами смартфонов, смарт-часов и других изделий.
Дистальная фаланга искусственного пальца может быть изготовлена на любой тип протеза (тяговые, косметические, биоэлектрические) любого уровня ампутации (кисть, предплечье, плечо) любого производителя.
Таким образом, полезная модель повышает долговечность протеза пальца, сокращает эксплуатационные затраты, связанные с восстановлением покрытия поверхности напальчника для обеспечения взаимодействия с емкостным сенсорным экраном, а также упрощает изготовление протеза.