Frontiers in Neurorobotics

Introduktion

Vid jämförelse med flervingriga fingerhandar har en bionisk hand med två fingrar en enkel mekanisk struktur och är lätt att planera rörelser, så den används alltid i fruktskördarrobotar (Bac et al., 2017; Silwal et al., 2017). Arbetsmiljön för fruktskördarrobotarna är dock extremt komplex, såsom att frukterna i en växt är olika i storlek, form, hållning och position (Li et al., 2019a, b), och de befintliga bioniska händerna med två fingrar är svåra att uppfylla kraven på grepp vid fruktskörd (Li et al., 2013), så robotarna används fortfarande inte för praktisk fruktskörd än så länge. Med hjälp av hjärnans och ögats samordning betraktas individer alltid som pålitliga utförare när de kan slutföra uppgifterna att greppa, flytta och släppa en målfrukt med hjälp av endast tummen och pekfingret, och den övergripande prestandan hos detta stabila manipulationssystem är rimlig. Den mänskliga handen är ett kraftfullt multifunktionellt verktyg, och utforskandet av dess kapacitet hjälper forskarna att definiera en rimlig gripmassa och storlek för en bionisk robothand, med avsikt att replikera dess förmågor (Feix et al., 2014; Chen et al., 2019). Ur ergonomisk synvinkel måste konstruktörer av fruktskörderobotar förstå de kooperativa greppförmågorna hos människans tumme-indexfinger och den kvantitativa korrelationen mellan fingerlängd och greppförmåga för nykonstruerade bioniska händer med två fingrar, för att förbättra deras greppförmåga (Yussof och Ohka, 2012; Wang och Ahn, 2017).

Studier som belyser människans tumme-indexfingers gripbeteende har publicerats under det senaste decenniet. Vissa forskare avslöjade att greppstabiliteten under manipulationen främst påverkades av objektets vikt, den relativa krökningen och friktionskraften mellan fingertopparna och objektsytan samt avståndet mellan två kontaktpunkter när ett objekt klämdes med tumme-indexfingret (Li et al., 2013; Luciw et al., 2014). Biegstraaten et al. (2006) drog slutsatsen att räck- och lyftrörelserna var ganska oberoende när ett föremål greps med ett precisionsgrepp (Biegstraaten et al., 2006). Vigouroux et al. (2011) föreslog att när människans tumme-indexfinger greppade föremål med olika bredd så varierade fingerledens hållning, muskelkraft och greppkraft avsevärt beroende på föremålets bredd, och ett intressant resultat var att förhållandet muskelkraft/greppkraft för de stora böjmusklerna förblev särskilt stabilt med avseende på bredden, medan andra muskelförhållanden skiljde sig kraftigt åt. Vidare har olika forskningsstudier också genomförts om människans förmåga att gripa med fem fingrar (Vigouroux et al., 2011). Eksioglu (2004) visade att den optimala greppspännvidden i förhållande till en individs handantropometri var cirka 2 cm kortare än hans modifierade tumskrittlängd baserat på bedömningskriterierna maximal frivillig isometrisk greppkraft, muskelaktivitet och subjektiv bedömning. Seo och Armstrong (2008) illustrerade att när cylindriska handtag greps i en kraftgreppshållning kan förhållandet mellan handtagets diameter och handlängden förklara 62 %, 57 % respektive 71 % av variationerna i greppkraft, normalkraft och kontaktyta, Seo och Armstrong (2008). Li et al. (2010) förutsåg att handomkretsen, bland flera antropometriska parametrar som längd, vikt, handled och underarm, handens och handflätans längd, hade den starkaste korrelationen med den maximala greppstyrkan. Bansode et al. (2014) visade att den dominanta handens greppstyrka hos män och kvinnor hade en signifikant positiv korrelation med ålder, längd, vikt och kroppsmasseindex samt den dominanta handens omfång, medan den inte hade någon uppenbar korrelation med midjeomfång och midje- och höftförhållande. Feix et al. (2014) fann att den mänskliga handens optimala greppförmåga var mindre än 500 g i termer av massa, och bredden på föremålet vid greppstället var mindre än 7 cm.

Sammanfattningsvis har betydande framsteg gjorts på detta område. Trots detta har mindre uppmärksamhet ägnats åt den kooperativa gripförmågan hos människans tumme och pekfinger och dess påverkansfaktorer. Detta innebär att det finns en teknisk lucka för den ergonomiska utformningen av robothänder som avser att efterlikna den mänskliga handens förmåga. På grundval av befintlig litteratur genomförde vi därför studier för att undersöka effekten av människokroppens egenskaper (t.ex, ålder, kön, storlek, använd hand, summan av tummen och pekfingrets längd och förhållandet mellan pekfingrets och tummen längd) på tummen och pekfingrets greppförmåga, det vill säga den maximala gripmassan och diametern på tummen och pekfingret, med hjälp av en multipel icke-linjär regressionsanalysmetod.

Material och metoder

Material

För att undersöka den kooperativa gripförmågan hos människans tumme-indexfinger tillverkades 20 olika massor av solida cylindrar och 15 olika yttre diametrar på ringar som greppobjekt i augusti 2017. De solida cylindrarna med en diameter dc på 40 mm tillverkades av kolstål C45 med följande egenskaper: densitet 7,85 g/cm3 och ytjämnhet Ra = 0,1 μm (figur 1A). Ringarna med en höjd hr på 40 mm var tillverkade av akryl och hade en densitet på 1,2 g/cm3 och en ytjämnhet Ra = 0,05 μm (figur 1B). De operativa parametrarna för de solida cylindrarna och ringarna, t.ex. deras höjder, diametrar och vikter, anges i tabell 1. De solida cylindrarna användes för att studera effekterna av människokroppens egenskaper på den maximala massan hos objekt som kan gripas med tummen-indexfingret, medan ringarna användes för att studera effekterna av människokroppens egenskaper på den maximala diametern hos objekt som kan gripas med tummen-indexfingret. Multifaktortesterna för grepp-lossning utfördes inom 72 timmar i rumstemperatur (24 ± 1 °C, 50-55 % RH).

Deltagare

Totalt 108 frivilliga (54 män och 54 kvinnor) rekryterades från Henan Polytechnic University, HPU Kindergarten och Hexiang Primary School för att delta i testerna för grepp-lossning i den här studien. Deras egenskaper var följande {medelvärde }: ålder, 11,9 (6,8) år, längd, 141,5 (23,8) cm, tumlängd, 41,9 (7,7) mm och pekfingerlängd, 56,6 (10,0) mm. Alla medverkande fick en detaljerad beskrivning av försökets mål och krav och därefter inhämtades skriftligt informerat samtycke från deltagarna över 16 år och från föräldrarna till deltagarna under 16 år. Alla frivilliga var högerhänta, hade normal hörsel och korrigerad till normal syn och hade ingen historia av skador på händerna, psykisk sjukdom eller fysiska funktionshinder. Den här studien genomfördes i enlighet med principerna i Basel-deklarationen och rekommendationerna från Establishment of Institutional Ethics Committees in China.

Förfaranden

Deltagarna tvättade händerna med tvål och vatten och torkade dem med en handduk ca 5 min före testerna. Varje deltagares storlek mättes med hjälp av en vikbar linjal med en noggrannhet på 1 mm. Varje deltagare underlättades med ett kalibreringsetikettlapp på händerna, och tummen och pekfingret öppnades för att ta ett foto med en digitalkamera (Canon IXUS 95IS) från ovansidan av handflatan (figur 1C). De tagna bilderna överfördes till datorn och bearbetades sedan av Digimizer version 4.2.6.0 för att extrahera längden på de två fingrarna. Längden på tummen och pekfingret mättes genom avståndet från fingrets proximala böjveck till spetsen på respektive finger (figur 1C), vilket stämde överens med Kanchan och Krishan (2011), Ishak et al. (2012) och Jee et al. (2015). Därefter placerades de gripna föremålen på ett bord och varje deltagare instruerades att sitta i en kontorsstol framför bordet med höger överarm parallellt med bålen, armbågen vilande på höger lår och underarmen utsträckt framåt. Deltagaren ombads att lyfta och flytta ett föremål från ett läge till ett annat med hjälp av höger handens tumme och pekfinger på ett naturligt sätt. 15 sekunder senare flyttade deltagaren föremålet tillbaka med vänster handens tumme och pekfinger. Under gripandet kunde långfingret, ringfingret, lillfingret och handflatan inte röra föremålet.

Den kooperativa gripprocessen för människans tumme och pekfinger var ett hand-hjärn-ögon-koordineringsbeteende och kan delas in i fem steg (figur 2). Steg 1: lokalisering och avkänning av ett objekt med hjälp av ett synsystem som styrs av hjärnan. Steg 2: hjärnan bearbetar den information som erhålls från synsystemet och fattar ett strategiskt beslut (t.ex, steg: hjärnan behandlar informationen från visionssystemet och fattar ett strategiskt beslut (t.ex. förgreppstyp, greppkraft och greppposition) för ett stabilt grepp. 3:e steget: hjärnan beordrar handen att sträcka sig efter och gripa objektet. 4:e steget: den taktila sensoriska informationen återkopplas till hjärnan för ytterligare beslutsfattande, och om det är nödvändigt justeras greppets hållning och kraft med hjälp av hjärnans kommando. 5:e steget: handen griper objektet på ett stabilt sätt och förflyttar det till en annan position.

I det här experimentet var de gripna föremålen solida cylindrar med olika massa (figur 1A) och ringar av olika storlek (figur 1B). Varje deltagare greppade de solida cylindrarna utifrån deras massa från lätt till tung i tur och ordning och greppade sedan ringarna utifrån deras yttre diameter från liten till stor i tur och ordning. Den maximala gripmassan hos människans tumme-indexfinger angav den maximala massan hos föremål som kan gripas med tumme-indexfingret. Den maximala diametern på tummen och pekfingret anger den maximala diametern på föremål som kan gripas med tummen och pekfingret. Efter varje greppuppgift antecknade en kunnig observatör noggrant resultatet av gripandet, dvs. framgång eller misslyckande. Ett greppförsök betecknades som lyckat om grepp-lossningsprocessen var stabil och ingen relativ glidning inträffade mellan pekfingret, tummen och föremålet, annars betecknades det som ett misslyckat försök. Totalt fanns det 7560 greppförsök (108 frivilliga × 2 händer × 20 solida cylindrar + 108 frivilliga × 2 händer × 15 ringar) i experimentet.

Nonlinjär regressionsanalys

I den här studien används en metod för icke-linjär regressionsanalys för att hitta två potentiella matematiska modeller av sambanden mellan de beroende variablerna (nämligen den maximala gripmassan och diametern på tummen- pekfingret) och en uppsättning oberoende variabler (t.ex, ålder, kön, använd hand, summan av längden på tummen och pekfingret, förhållandet mellan längden på pekfingret och tummen). Eftersom tummen och pekfingret existerar parallellt och deras längder är multikollinjära valdes två relativa oberoende parametrar: summan av tummen och pekfingrets längder och förhållandet mellan pekfingret och tumlens längd för att karakterisera tummen och pekfingrets längder i regressionsanalysen. Med hänsyn till den starka korrelationen mellan kroppsstorlek och summan av fingerlängder som Abdel-Malek et al. (1990) förutsåg, beaktades summan av fingerlängder i den följande regressionsanalysen, men inte kroppsstorleken. Egenskaper för människokroppen såsom ålder och summan av tummen-indexfingrets längd betraktades som de ursprungliga oberoende variablerna, och den maximala gripmassan och tummen-indexfingrets diameter fastställdes som de första respektive andra beroende variablerna. Efter försöken har de linjära (t.ex. y = kx) och icke-linjära (t.ex, y = kx2, y = klnx) funktionella samband mellan ålder och maximal gripmassa, mellan summan av tummen-indexfingrets längd och maximal gripmassa, mellan ålder och maximal gripdiameter och mellan summan av tummen-indexfingrets längd och maximal gripdiameter uppskattades med hjälp av ”curve estimation” i IBM SPSS Statistics 24.0 (version 24.0, IBM Corporation, USA) och jämfördes sedan för att välja ut det optimala funktionella sambandet mellan de två variablerna baserat på den justerade determinationskoefficienten R2. En större R2 indikerar att det motsvarande funktionella förhållandet är mer lämpligt för att passa de experimentella data mellan de två variablerna. Konstanten ingick inte i varje regressionsekvation.

När de optimala funktionerna mellan de ursprungliga kvantitativa oberoende variablerna och de beroende variablerna hade erhållits betraktades varje icke-linjär funktion som en ny oberoende variabel som skulle användas i den följande multipla linjära regressionsanalysen och signifikansnivån sattes till 0,05. Eftersom kön och den använda handen var kategoriska variabler kodades de två nivåerna av kön, nämligen man och kvinna, före den linjära regressionsanalysen som ”0” respektive ”1”, och de två nivåerna av den använda handen, nämligen vänster hand och höger hand, kodades också som ”0” respektive ”1”. Slutligen användes en multipel linjär regressionsanalys för att konstruera två potentiella matematiska modeller. Konstanten ingick inte i varje regressionsmodell. Goodness-of-fit-testet användes för att mäta hur väl de observerade uppgifterna motsvarar varje regressionsmodell, F-testet användes för att testa den övergripande betydelsen av varje regressionsmodell och t-testet användes för att avgöra om en oberoende variabel hade en statistiskt signifikant effekt på den beroende variabeln i varje modell.

Resultat och diskussion

Beskrivningar av experimentella resultat

Figur 3 visar de maximala gripmassorna för människans tumme-indexfinger under olika förhållanden för människokroppen (t.ex, kön, använd hand, ålder och summan av tummen och pekfingrets längd). I den här studien varierade de maximala greppmassorna för deltagarnas tumme-indexfinger från 690,2 till 9859,6 g. De maximala greppmassorna för de manliga deltagarnas tumme-indexfinger var 5057,6 ± 2695,6 g (medelvärde ± standardavvikelse), vilket var betydligt högre än de kvinnliga deltagarnas 3265,5 ± 1853,5 g (figur 3A). Det fanns dock ingen signifikant skillnad i de maximala greppmassorna för tummen-indexfingret i deltagarnas vänstra och högra händer; de maximala greppmassorna för tummen-indexfingret i den vänstra handen var 4102,7 ± 2449,4 g, vilket var något lägre än de maximala greppmassorna i den högra handen 4220,5 ± 2513,1 g (figur 3B). I den här studien varierade deltagarnas ålder från 3∼27 år och summan av tummen och pekfingrets längd varierade från 56,9 till 132,6 mm. Uppenbarligen hade deltagarnas maximala gripmassor för tummen-indexfingret en icke-linjär (t.ex. kvadratisk funktion, logaritmisk funktion) ökande trend med stigande ålder och summan av tummen och pekfingrets längder (figurerna 3C,D).

Figur 4 visar den maximala gripdiametern för människans tumme-indexfinger under olika kroppsegenskaper (t.ex, kön, använd hand, ålder och summan av tummen-indexfingrets längd). I den här studien varierade deltagarnas maximala greppdiametrar för tummen-indexfingret mellan 70 och 170 mm. De manliga deltagarnas maximala greppdiametrar för tummen-indexfingret var 129,0 ± 22,2 mm, något större än de kvinnliga deltagarnas 119,9 ± 25,2 mm (figur 4A). Den maximala greppdiametern för tummen-indexfingret på vänster hand var 124,0 ± 24,1 mm, nästan lika stor som på höger hand (figur 4B). I likhet med figurerna 3C,D uppvisade deltagarnas maximala greppdiametrar för tummen-indexfingret också en icke-linjär (t.ex. kvadratisk funktion, logaritmisk funktion) ökningstrend med stigande ålder och summan av tummen och pekfingrets längd (figurerna 4C,D).

Tabell 2 innehåller en förteckning över justerade bestämningskoefficienter för de linjära och icke-linjära regressionsmodellerna mellan de kvantitativa oberoende och beroende variablerna. Genom att jämföra de justerade bestämningskoefficienterna för tre typer av funktioner gav den linjära funktionen det optimala funktionella förhållandet mellan ålder och maximal gripmassa och mellan summan av tumme-indexfingers längd och maximal gripdiameter; den kvadratiska funktionen gav de optimala funktionella förhållandena mellan summan av tumme-indexfingers längd och maximal gripmassa; och den logaritmiska funktionen gav det optimala funktionella förhållandet mellan ålder och maximal gripdiameter. Dessa resultat användes i följande regressionsanalys.

Faktorer som påverkar den maximala gripmassan hos människans tumme-indexfinger

Den icke-linjära regressionsmodellen för beroendet av den maximala gripmassan av kön, ålder och summan av tumme-indexfingers längd presenteras i ekv. 1. Den justerade bestämningskoefficienten, som betecknas som R2, var 0,97, vilket tyder på att modellen passade väl in på data och visar att denna modell kan förklara 97 % av variansen i den maximala gripmassan som förutspåddes av kön, ålder och summan av tummen-indexfingrets längd. Av F-testet drogs slutsatsen att den övergripande anpassningen var signifikant (P < 0,05). t-test visade att den maximala massan av de föremål som deltagarna kunde greppa med hjälp av tummen-indexfingret berodde på kön, ålder och summan av tummen-indexfingrets längder (P < 0,05), men inte på den använda handen och förhållandet mellan längden på pekfingret och tummen (P > 0,05).05).

där Mmax – maximal gripmassa, g; G – kön; A – deltagarnas ålder, år; och Lo – summan av fingerlängder, mm.

Deltagarnas ålder varierade från 3∼27 år, vilket är i det skede då människans muskler växer och utvecklas (Lexell et al, 1992), så åldern visade en positiv signifikant effekt på den maximala greppmassan hos människans tumme-indexfinger. Summan av längden på tummen och pekfingret var positivt relaterad till den maximala greppmassan för människans tumme- pekfinger, vilket beror på att deltagare med stora händer har långa fingrar och tenderar att ha hög muskelstyrka (Seo och Armstrong, 2008). Värdena G = 0 eller 1, nämligen man eller kvinna, ersattes i ekv. 1 för att beskriva deltagarnas maximala gripmassor. Skillnaden i de maximala greppmassorna för tummen-indexfingret hos män och kvinnor var 1070,5 g. Liknande forskningsresultat visade att greppstyrkan hos män var betydligt högre än hos kvinnor (Puh, 2009) och att handlängden hade en betydande effekt på greppstyrkan hos människans femfingrar (Li et al., 2010). Det signifikanta sambandet mellan kön och den maximala gripmassan för två fingrar kan tillskrivas att den maximala frivilliga kontraktionskraften hos män alltid är större än hos kvinnor med liknande längd (Shurrab et al., 2017). Därför kan en ökning av den maximala frivilliga kontraktionskraften förbättra den maximala gripmassan hos människans två fingrar. Greppstyrkan är en liknande parameter som den maximala greppmassan för att mäta mänskliga fingrars greppförmåga. Dessa resultat illustrerade att summan av fingerlängden och den maximala frivilliga kontraktionskraften gemensamt skulle påverka den maximala gripmassan för tumme-indexfinger, vilket tyder på att de två faktorerna bör beaktas tillsammans för att förbättra den maximala gripmassan för robothänder vid ergonomisk utformning.

Faktorer som påverkar den maximala greppdiametern hos människans tumme- pekfinger

Den icke-linjära regressionsmodellen för beroendet av den maximala greppdiametern av ålder, summan av tumme- pekfingers längd och förhållandet mellan pekfingers och tummars längd presenteras i ekv 2. Den justerade bestämningskoefficienten, som betecknas R2, var 0,99, vilket visar att modellen passade väl in på data och att denna modell kan förklara 99 % av variansen i den maximala gripdiametern som förutsades av ålder, summan av tummen-indexfingrets längd och förhållandet mellan indexfingret och tumlens längd. Av F-testet drogs slutsatsen att den övergripande anpassningen var signifikant (P < 0,05). t-test visade att den maximala diametern på de föremål som deltagarna kunde greppa med hjälp av tumme-indexfingret berodde på ålder, summan av tumme-indexfingrets längder och förhållandet mellan indexfingret och tumlens längd (P < 0,05), men inte på kön och den använda handen (P > 0,05).

där Dmax – maximal gripdiameter, mm; Lo – summan av tumme- och pekfingerlängderna, mm; Lr – förhållandet mellan längden på pekfingret och tummen.

Summan av tumme- och pekfingerlängderna varierade från 56,9 till 132,6 mm och förhållandet mellan längden på pekfingret och tummen varierade från 1,09 till 1,65. Summan av tummen och pekfingrets längd var positivt proportionell mot den maximala greppdiametern. Ju längre summan av tummen och pekfingrets längd är, desto större är spännvidden mellan två fingertoppar och desto större är den maximala greppdiametern för deltagarna som använder tummen och pekfingret. När summan av längderna på tummen och pekfingret ökade med 1 mm ökade den maximala greppdiametern för tummen och pekfingret med 0,98 mm. När förhållandet mellan längden på pekfingret och tummen ökade med 0,01, ökade den maximala greppdiametern för tummen och pekfingret med 0,0967 mm. Förhållandet mellan längden på pekfingret och tummen var positivt relaterat till den maximala greppdiametern, vilket tyder på att kombinationen av en kort tumme och ett långt pekfinger skulle öka den maximala greppdiametern för tummen och pekfingret. Huvudskälet är att när ett föremål grips med två fingrar, särskilt vid kraftgrepp, fungerar den korta tummen lätt som en stödpunkt för att matcha det långa pekfingret när det omsluter föremålets kontur för att bilda ett kraftslutande plan. Den korta tummen är inte lätt att begränsas av föremålets form och ett stabilt grepp med kraftslutning kan uppnås i kontaktplanet baserat på det kriterium för greppstabilitet som rapporterades av Li et al. (2013). Det finns lite information om detta ämne i litteraturen.

Diskussion

Eq. 1 i se avsnittet ”Factors Affecting the Maximum Grasping Mass of Human Thumb-Index Finger” beskrev kvantitativt förhållandet mellan summan av tummen och pekfingrets längd och den maximala gripmassan. Vid utveckling av en bionisk robothand med två fingrar, om massorna av potentiella målobjekt är givna, kan en optimal utformning av längden på robotens tumme och pekfinger härledas med hjälp av ekvation 1 och ett ytterligare villkor: det genomsnittliga förhållandet mellan längden på pekfinger och tumme är 1,36. På samma sätt beskrev ekv. 2 i avsnittet ”Faktorer som påverkar den maximala greppdiametern för människans tumme och pekfinger” kvantitativt förhållandet mellan summan av tumme och pekfingers längd, förhållandet mellan pekfingers och tummars längd och den maximala greppdiametern. Vid utveckling av en bionisk robothand med två fingrar kan man, om diametern på potentiella målobjekt är given, med hjälp av ekv. 2 fastställa en lämplig längd för robotens tumme och pekfinger. De två icke-linjära regressionsmodellerna var därför användbara för att utforma den optimala storleken på robothänder som syftar till att replikera förmågan att greppa tummen och pekfingret. När vi manipulerar ett nytt föremål ger sensorisk feedback oss information om dess fysiska egenskaper, t.ex. massa, och sedan antas hjärnan välja den lämpligaste modellen som upprätthålls i vårt centrala nervsystem för den aktuella uppgiften (Lemon et al., 1995; Davidson och Wolpert, 2004). Enligt uppsättningen maximal gripmassa för tummen-indexfingret kan en djupinlärningsalgoritm utvecklas för att motivera om vissa föremål i en ostrukturerad arbetsmiljö uppfyller kraven på grepp för bioniska robothänder. Om det dessutom finns vissa oregelbundna objekt (t.ex. muggar) i den ostrukturerade miljön kan den maximala greppdiametern för tummen-indexfingret användas för att skapa algoritmer för greppplanering för att välja de optimala greppplatserna på en oregelbunden objektsyta för en bionisk robothand. Dessutom finns det alltid många tidsvarierande problem i de kinematiska kontrollproblemen för robotfingrar och det konvergerande differentiella neurala nätverket med varierande parametrar skulle vara en effektiv och noggrann metod för att lösa detta greppplaneringsproblem (Zhang et al., 2018a, b).

Slutsats

I den här studien undersöktes den maximala samarbetsvilliga gripmassan och diametern för den mänskliga tummen och pekfingret i ett brett utbud av ostrukturerade uppgifter. Deltagarnas ålder varierade från 3∼27 år och summan av deras tumme och pekfingerlängder varierade från 56,9 till 132,6 mm. Resultaten visade att den maximala gripmassan och diametern för deltagarnas tumme och pekfinger varierade från 690,2 till 9859,6 g och 70 till 170 mm. Den maximala gripmassan hos deltagarnas tumme-indexfinger berodde på kön, ålder och summan av tumme-indexfingers längd (P < 0,05), men inte på den hand som användes och förhållandet mellan indexfingers och tummars längd (P > 0,05). Den maximala greppdiametern för deltagarnas tumme-indexfinger berodde på ålder, summan av tumme-indexfingerlängderna och förhållandet mellan indexfinger- och tumlängd (P < 0,05), men inte på kön och använd hand (P > 0,05).

Det fanns en icke-linjär regressionsmodell för beroendet av den maximala gripmassan på kön, ålder och summan av tummen-indexfingrets längder och en annan icke-linjär regressionsmodell för beroendet av den maximala gripdiametern på ålder, summan av tummen-indexfingrets längder och förhållandet mellan indexfingret och tumlens längd. Två regressionsmodeller var användbara vid utformningen av den optimala storleken på robothänder som syftar till att efterlikna förmågan att ta tag i tummen och pekfingret. Denna forskning kan bidra till att definiera inte bara en rimlig gripmassa och storlek för en bionisk robothand, utan även kraven för handrehabilitering.

Data Availability Statement

Alla datamängder som genererats för den här studien ingår i artikeln/tilläggsmaterialet.

Författarnas bidrag

XC och ZL utformade och utförde experimenten och skrev manuskriptet. YW, JL och DZ granskade och övervakade arbetet.

Finansiering

Detta arbete stöddes av ett europeiskt Marie Curie International Incoming Fellowship (326847 och 912847), en Special Foundation for Talents of Northwest A&F University (Z111021801), ett Shaanxiprojekt för vetenskaplig och teknisk verksamhet för återvändande från utlandet (2018030) och en Key Research and Development Plan of Shaanxi Province (2019NY-172).

Intressekonflikter

Författarna förklarar att forskningen utfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som skulle kunna tolkas som en potentiell intressekonflikt.