Protótipo de Mão Mecânica
Bianca Marques Fernandes
Brenda Martins Fernandes, Caroline Martins de Freitas
Isabela Nascimento Miranda e Karen Rocha Santos
Orientadora: Juliana Rodrigues Franco
Co-orientador: Valcimar Silva de Andrade
Instituto Federal Minas Gerais - Câmpus Governador Valadares
Avenida Minas Gerais, 5189 – Bairro Ouro Verde
Governador Valadares - MG - CEP: 35057-760
E-mail: [email protected]
Resumo:
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um protótipo de uma mão mecânica por
meio do uso de materiais de baixo custo, buscando demonstrar de maneira clara e objetiva
sua forma de funcionamento e as técnicas e recursos utilizados em sua construção. O
trabalho buscou evidenciar no protótipo a capacidade e a precisão de movimentos que se
assemelhem aos de uma mão humana, mostrando que uma pessoa com deficiência física
destituída de tal membro, pode por meio do emprego de diferentes tecnologias e recursos
voltar a exercer determinadas funções manuais.
Na construção deste protótipo de mão mecânica foram utilizados materiais simples e
de uso cotidiano como: pedaço de madeira, pregadores de roupa, elástico, cola quente e
cola araldite, clipes de papel, canetas esferográficas usadas, minimotores, linha de crochê
entre outros. Uma parte desse material foi comprada e a outra parte foi reciclada. Na versão
final da mão mecânica conseguiu-se o movimento individual de cada dedo acionado por um
motor individual e o movimento de abrir e fechar da mão, acionando-se os cinco motores
simultaneamente.
Concluiu-se que é possível construir um protótipo de mão mecânica de reproduz
alguns movimentos próprios de uma mão real a partir de ferramentas e materiais simples e
de baixo custo. A execução deste projeto possibilitou a compreensão de alguns processos e
dificuldades encontrados na construção de sistemas biomecânicos. Além disso, a montagem
da mão mecânica serviu de incentivo para a participação em outros projetos que contribuam
para o desenvolvimento científico e tecnológico brasileiro.
Introdução:
A mão do homem é uma ferramenta maravilhosa capaz de executar inumeráveis
ações graças à sua função principal: a preensão. É “o instrumento dos instrumentos” como
disse Aristóteles (KAPANDJI, 2000). A função desse membro compreende a realização de
atividades básicas como segurar objetos e alimentos, e também de tarefas mais complexas
que exijam precisão. Não é difícil encontrar uma pessoa que não possua essa ferramenta
essencial, seja por má formação fetal durante a gestação ou por acidente que gere uma
amputação natural ou cirúrgica (Estudantes de Engenharia Elétrica - UNIVAP). De acordo
com Pillet, apud SAEMI (2008), a falta ou perda da mão gera grandes problemas tanto de
ordem psicológica quanto funcional. A pessoa que perde um membro fica abalada tanto pela
alteração em sua aparência, quanto pela diminuição da capacidade de realizar grande parte
das tarefas diárias.
Visando melhorar a qualidade de vida das pessoas que sofrem com a falta desse
membro em questão, é que foram criados os componentes artificiais conhecidos como mão
mecânica. Tais criações compreendem basicamente a construção de protótipos cuja
aparência e funcionalidade se aproximem o máximo possível de uma mão humana. Os
modelos possuem como base de funcionamento princípios mecânicos e buscam reproduzir
movimentos manuais reais. A mão, por ser o membro superior mais complexo, quando
demanda substituição encontra obstáculos em várias áreas, desde aspectos tecnológicos,
morfológicos, psicológicos e ainda financeiros (POLIS, 2009). Em geral, a elaboração de
mãos mecânicas que reproduzam ações humanas com precisão, requer a utilização de
tecnologias caras, que fazem das próteses artigos pouco acessíveis à maioria das pessoas
que necessitam usá-las.
Objetivo:
O objetivo deste trabalho foi desenvolver um protótipo de uma mão mecânica por
meio do uso de materiais de baixo custo que reproduza alguns movimentos de uma mão
real.
Materiais e Métodos:
Primeiramente foi elaborado um modelo no qual foram usados materiais pouco
resistentes, tais como papelão, barbante, canudos de plástico, elástico e pregadores de
roupa feitos de madeira (Fig. I). Ao montar este primeiro protótipo e testar seu princípio de
funcionamento, notou-se que o objetivo não estava sendo alcançado, pois os dedos da mão
fechavam, mas não abriam (não retornavam para posição anterior). A partir desse ponto,
investigaram-se outros materiais que atendessem a ideia do projeto. Construiu-se então um
segundo modelo que se mostrou eficiente, no qual foram utilizados os seguintes materiais:
elástico de fina espessura, pregadores de roupa feitos de madeira, linha de crochê, molas e
tubos de canetas, clips, base de madeira (12cm x13cm), motores, fios de cobre para contato
elétrico, pilhas de 1,5 volts e cola araldite.
Figura I: Primeiro Protótipo construído para os testes iniciais.
No primeiro passo da construção do segundo modelo, cada pregador foi separado
em duas partes para formar os dedos da mão. Em seguida, eles foram cerrados em partes
de diferentes comprimentos de forma a representar as articulações quando colocados na
posição correta e lixados para que as superfícies de contato ficassem encaixadas da melhor
forma possível (Fig. II).
Figura II: Preparação das partes que compõem os dedos do Segundo Protótipo.
O segundo passo, constituiu-se em usar os elásticos para ligar as partes cerradas
dos pregadores uma as outras, formando o dedo propriamente dito. Para efeito de teste os
elásticos foram amarrados com a linha de crochê (Fig. III). Feitas as amarrações, o terceiro
passo foi fixar os tubos de caneta nos dedos, novamente utilizando a linha. Assim, a
estrutura básica dos dedos estava montada (Fig. III).
Figura III: Junção das partes dos dedos do Segundo Protótipo.
Logo, o próximo passo seria realizar os testes para verificar se o funcionamento se
daria de forma correta. Nesse teste amarrou-se um dos dedos na haste de um
porta-retratos, adicionando-se uma mola (de caneta usada) em sua dobradura inferior
(ligando a primeira parte do dedo à haste do porta-retratos) de forma a garantir uma maior
força restauradora no movimento do dedo, fazendo-o voltar para a sua posição original
quando flexionado e solto (Fig. IVa).
a)
b)
Figura IV: a) Teste de funcionamento; b) Segundo Protótipo.
Após os testes com resultados positivos, os dedos foram montados sobre uma base
de madeira e, finalmente foram adicionados os minimotores que acionam os movimentos
dos dedos (Fig. IVb). Para isso, uma das pontas de um pedaço de linha foi amarrada na
extremidade superior de cada dedo. A outra ponta da linha foi passada por dentro dos tubos
de caneta, e ao fim amarrada ao eixo do motor. Um fio de cobre foi ligado a cada polo do
minimotor de forma que a ponta solta fosse conectada aos respectivos pólos de uma pilha.
Quando os fios de cobre entram em contato com contato com os pólos da pilha, o motor
rotaciona tracionando a linha e promovendo a movimentação dos dedos.
Resultados e Discussão:
Concluiu-se através desse experimento, que reproduzir os movimentos de uma mão
humana é uma tarefa complicada mesmo que se usem mecanismos relativamente simples,
tendo em vista que encontramos problemas na escolha dos materiais, que tiveram de ser
quase totalmente trocados do modelo inicial para o final, na disposição dos elementos que
compunham a mão mecânica, já que precisavam estar devidamente alinhados para que o
bom funcionamento fosse alcançado e no próprio mecanismo de movimentação, que passou
por diversas observações para que detalhes que geravam problemas fossem devidamente
corrigidos. Com a construção do protótipo final da mão mecânica conseguiu-se o movimento
individual de cada dedo acionado por um motor individual e o movimento de abrir e fechar
da mão, acionando-se os cinco motores simultaneamente.
Conclusões:
Na execução desse trabalho foram encontrados desafios, tais como a escolha
correta dos materiais e também do mecanismo ideal para o movimento pretendido. Esses
desafios proporcionaram uma vivência importante do ponto de vista da pesquisa
experimental. Foram necessários diversos testes e mudanças até que se chegasse a um
bom resultado final com o sucesso da reprodução de alguns movimentos como o abrir e
fechar da mão mecânica.
A ideia do experimento pode ser discutida, e quem sabe
futuramente, passando por melhorias, possa ser de efetiva contribuição para a criação de
projetos mais elaborados.
Agradecimentos:
Agradecemos primeiramente ao IFMG Câmpus Governador Valadares por promover
a Feira de Ciências, despertando em nós alunos, o interesse e o empenho na realização de
projetos que nos dão a oportunidade tanto de colocar em prática muito do que aprendemos
em sala de aula, como também de adquirir novos conhecimentos. Agradecemos também
aos nossos amigos e familiares que contribuíram de diferentes maneiras para a realização
de nosso trabalho. Por fim, gostaríamos de agradecer à nossa orientadora, Juliana
Rodrigues Franco que desde o início nos auxiliou no desenvolvimento de todo o projeto e
também ao nosso co-orientador Valcimar Silva de Andrade por sua colaboração.
Referências Bibliográficas:
[1] KAPANDJI, A.I. Fisiologia Articular. 5ª edição. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2000.
[2] UNIVAP – Universidade do Vale do Paraíba, Estudo e Desenvolvimento de uma prótese
de mão humana robótica de baixo custo para crianças. São Paulo. Disponível em:
<http://www.inicepg.univap.br/cd/INIC_2006/inic/inic/07/INIC0000857.ok.pdf> Acesso em 11
Out. 2014
[3] SAEMI, Tálita. Projeto de um Sistema de Controle Sub- Atuado para uma Prótese de
Mão. Rio de Janeiro, 2008. Disponível em:
<http://www.ime.eb.br/arquivos/teses/se4/mec2008/2008Talita.pdf> Acesso em 11 Out. 2014
[4] POLIS, João Eduardo. Projeto e construção de parte estrutural de prótese de mão
humana
com
movimentos.
São
Paulo,
2009.
Disponível
em:
<http://www.bibliotecadigital.unicamp.br/document/?code=000469725> Acesso em 11 Out.
2014