Recently, a prosthetic hand is now popular to most amputee patients. There have been many researches to develop various mechanism. However, in contrast to the various mechanism, skin structure have been only considered for a cosmetic role. However, in the case of human hands, the mechanical properties of human skin is thought to contribute to the overall hand function. From this perspective, we developed three-layered skin pad structure which can improve the functionality of prosthetic hands. The properties of human skin was measured based on the skin pad model that has outer skin layer/subcutaneous fat layer/muscle layer. As a result, the non-linear stiffness characteristics of human skin pad was figured out. Based on this result, we suggested the three-layer skin structure, and verified its advantages on the functionality of prosthetic hands by finite element simulation and experiment. To evaluate the functionality, the stability and manipulability indexes was suggested through observing the responses against the external wrench while the object was grasped through the skin structure. Comparing with the conventional skin structure (single-layer) in various conditions, we verified that the suggested bio-mimetic three-layer skin pad structure could improve the stability and manipulability. Also, we verified that the stiffness change of conventional skin structure could not achieve these functionality.
의수 기술이 사지 절단 환자에게 보편적인 기술로 자리잡으면서 다양한 의수가 개발되고 있다 그러나 피부 구조의 경우 기존 의수에서는 미관상의 역할로 제한되어 생각되어 왔다. 사람의 경우 피부의 물리적 특성이 전체 손 기능에 큰 기여를 한다고 판단되기 때문에 본 연구에서는 의수의 기능성에 기여할 수 있는 피부 구조를 개발하고자 하였다. 이를 위해 우선적으로 사람의 피부 구조를 겉 층/지방층/근육층의 3층 구조 복합체로 다루어 측정하고 이를 통해 피부 구조의 비선형적 강성 특성을 도출했다. 이 결과를 바탕으로 본 연구에서는 의수 피부에 적용하기 위한 3층 구조체를 제안하고 이 구조체가 의수의 기능성을 향상시킬 수 있음을 유한요소 시뮬레이션과 실제 실험을 통해 보이고자 했다. 기능성의 판단을 위하여 물체를 잡은 상황에서 외부 힘에 대한 반응을 살펴보는 과정을 통해 안정성과 조작성을 판단할 수 있는 지표를 제시하였다. 물체 형상과 잡는 힘을 달리하며 분석한 결과 제안하는 3층 구조체를 적용함으로써 전체 의수의 작업 안정성 및 조작성을 증가 시킬 수 있음을 확인하였다. 또한 여러 강성의 피부 구조체에 대해서도 실험하여 이러한 효과를 피부 구조체의 강성을 변화시키는 것으로는 얻을 수 없음을 확인하였다.
