從蜻蜓翅膀獲得靈感,開發出易於動作且可保護關節的柔軟夾板

 

刊登日期:2021/4/13
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德國基爾大學(University of Kiel)從蜻蜓的翅膀獲得靈感,開發了一項兼具可動性與不動性的柔軟關節夾板(Joint Splints)。由於是附有制動器之活動關節般的構造,能制動以讓手腕不會過度彎曲,且不會妨礙可動範圍的動作。

蜻蜓的翅膀為了耐受複雜的氣流或與硬物的碰撞,必須兼具穩定性與彈力性。然而在工學上,有許多物質在不動性與可動性方面互為排他機能,但在自然界卻是常有的事。將蜻蜓翅膀擴大翅脈後可以發現有多個尖刺狀的角質層,雖然翅膀可以達到一定程度的自由舞動,一旦舞動至特定角度以上,尖刺就會鎖定翅脈,限制翅膀的動作。但尖刺也支撐了翅脈,賦予翅膀耐受高負荷時所需的穩定性。

研究團隊模仿蜻蜓翅膀的構造,以聚乳酸(PLA)為原料,3D列印出具有尖刺狀機械性制動器的關節夾板,大小為14×3×2cm、重量約23g,並設有皮帶環,可從護具上方以魔鬼氈裝設於手腕。與蜻蜓翅膀相同,新開發的關節夾板可讓手腕在一定程度內自由動作,當彎曲角度過大,制動器固定手腕動作的同時,並能發揮耐受外部負荷的支援機能。此外,藉由改變制動器的尺寸與位置,即可調整手腕的可動程度。

在測試中也確認關節夾板的耐荷重能力約為本身重量的1,300倍,約有320N(約32kg)。研究團隊也表示,若更換素材,將可望耐受到450kg。利用此項技術,除了手腕部位之外,亦可應用於製作手肘、膝關節用的護具。除了保護運動員在活動時的身體之外,也能利用於扭傷、肌肉拉傷等治療或復健的用途。另與石膏或夾板不同,新開發的關節夾板為輕量、易於穿戴且具有透氣性之構造。另一方面,由於關節夾板從可動模式轉換為支撐模式之際並無時間延遲,因此亦可望適用於機器人用途。


資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/210309_supportive-splints.html
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