Documenting Downloadable Assistive Technologies

This major research project explores Downloadable Assistive Technologies (DAT) and the possibilities as well as the limitations of publishing and fabricating DAT through online 3D printing communities. A design probe was used for this research within the context of Thingiverse, in the form of a 3D printed dog wheelchair design probe – the FiGO Dog Wheelchair. FiGO enabled an exploration of issues of design and communication of DAT. Through research involving both end users as well as a health professional, as well as interactions within the FiGO project page on Thingiverse, criteria for communicating DAT published on Thingiverse were developed, and a second FiGO project page reflecting these criteria was prototyped and evaluated. It is concluded that DAT could potentially benefit most greatly from a structured set of guidelines of use and communication of risks in the form of a design brief, and that there are specific considerations to developing a meaningful design brief for DAT including: 1) Tell the story of the design, 2) Do not make assumptions about the end user, 3) Clear instruction about the design use, 4) Inclusion of source files to enable user participation and extension of the design

Economic potential for distributed manufacturing of adaptive aids for arthritis patients n the U.S.

By 2040, more than a quarter of the U.S. population will have diagnosed arthritic conditions. Adults with arthritis and other rheumatic conditions earn less than average yet have medical care expenditures that are over 12% of average household income. Adaptive aids can help arthritis patients continue to maintain independence and quality of life; however, their high costs limit accessibility for older people and the poor. One method used for consumer price reduction is distributed manufacturing with 3-D printers. In order to assess if such a method would be financially beneficial, this study evaluates the techno-economic viability of distributed manufacturing of adaptive aids for arthritis patients. Twenty freely accessible designs for 3-D printable adaptive aids were successfully fabricated on low-cost desktop 3-D printers and performed their functions adequately. The financial savings averaged \u3e94% compared to commercially-available products. Overall, twenty adaptive aids were printed for US$20 of plastic; while on average, each adaptive aid would save over US$20. As printing a tiny subset of the adaptive aids needed by a single patient would recover the full capital and operational costs of a low-cost 3-D printer, it can be concluded that there is considerable potential for distributed manufacturing to assist arthritis patients

Cost-effective 3D scanning and printing technologies for outer ear reconstruction: Current status

Current 3D scanning and printing technologies offer not only state-of-the-art developments in the field of medical imaging and bio-engineering, but also cost and time effective solutions for surgical reconstruction procedures. Besides tissue engineering, where living cells are used, bio-compatible polymers or synthetic resin can be applied. The combination of 3D handheld scanning devices or volumetric imaging, (open-source) image processing packages, and 3D printers form a complete workflow chain that is capable of effective rapid prototyping of outer ear replicas. This paper reviews current possibilities and latest use cases for 3D-scanning, data processing and printing of outer ear replicas with a focus on low-cost solutions for rehabilitation engineering

Delivering together for inclusive development : digital access to Information and knowledge for persons with disabilities

This report focuses on digital inclusion as it relates to four of the 17 Goals for the 2030 Sustainable Development Agenda: SDG 9 - Innovation, Industry, and Infrastructure, SDG 16 - Peace, Justice, and Strong Institutions, SDG 17 - Partnerships for the Goals, SDG 4 - Quality Education. For each of the goals, a number of major challenges and key recommendations are defined. Finally, general recommendations are given for improving global digital inclusion overall

Economic potential for distributed manufacturing of adaptive aids for arthritis patients n the U.S.

By 2040, more than a quarter of the U.S. population will have diagnosed arthritic conditions. Adults with arthritis and other rheumatic conditions earn less than average yet have medical care expenditures that are over 12% of average household income. Adaptive aids can help arthritis patients continue to maintain independence and quality of life; however, their high costs limit accessibility for older people and the poor. One method used for consumer price reduction is distributed manufacturing with 3-D printers. In order to assess if such a method would be financially beneficial, this study evaluates the techno-economic viability of distributed manufacturing of adaptive aids for arthritis patients. Twenty freely accessible designs for 3-D printable adaptive aids were successfully fabricated on low-cost desktop 3-D printers and performed their functions adequately. The financial savings averaged \u3e94% compared to commercially-available products. Overall, twenty adaptive aids were printed for US$20 of plastic; while on average, each adaptive aid would save over US$20. As printing a tiny subset of the adaptive aids needed by a single patient would recover the full capital and operational costs of a low-cost 3-D printer, it can be concluded that there is considerable potential for distributed manufacturing to assist arthritis patients

Hissin nappikonstruktion suunnittelu lisääville valmistusmenetelmille

Additive manufacturing, with its recent technological developments, has increasingly disrupted how products are designed and manufactured. Within additive manufacturing, there has been a shift from the production of visual models and rapid prototyping applications to direct digital manufacturing of end products. Additive manufacturing provides intriguing possibilities in the design of new and existing products. These radical, pioneering designs have already redefined whole industries. This thesis provides a practical case study for an additive manufacturing redesign together with a literature review of the current additive manufacturing technologies and applications. The target of the redesign was a low volume elevator button assembly. Concepts were prototyped and tested in contrast to the current industry specification. As a result of the thesis, a functional button assembly was produced and tested. The part count, material usage, and costs were reduced compared to the original. However, all industry requirements were not met. A need for a more systematic material and process selection was identified. Nevertheless, additive manufacturing was proven to be a serious alternative in the production of low volume plastic products and should be researched further.Lisäävien valmistusmenetelmien teknologinen kehitys vaikuttaa enenevissä määrin siihen, miten fyysisiä tuotteita valmistetaan. Visuaalisten- sekä pikamallien tulostuksesta ollaan siirtymässä lopputuotteiden suoraan valmistukseen. Geometristen rajoitusten vähyys luo kiinnostavia mahdollisuuksia uusien ja olemassa olevien tuotteiden suunnittelussa. Uudet radikaalit ja uraauurtavat tuotteet ovat jo määrittäneet uudelleen kokonaisia toimialoja. Tämän diplomityön käytännön osuudessa suunnittellaan hissin nappikonstruktio täysin uusiksi lisäävien valmistusmenetelmien näkökulmasta. Työ tarjoaa myös kirjallisen läpileikkauksen lisääviin valmistusteknologioihin sekä käyttökohteisiin. Käytännön työssä etsittiin lisäävien valmistusmenetelmien etuja hyödyntäviä konsepteja, prototypoitiin, sekä testattiin kehiteltyjä ratkaisuja suhteessa toimialan vaatimuksiin. Työn tuloksena valmistettiin ja testattiin toiminnallinen nappikonstruktio. Kokoonpanon osamäärää, materiaalinkäyttöä sekä hintaa saatiin vähennettyä suhteessa alkuperäiseen. Kaikkia vaatimuksia ei kuitenkaan saatu täytettyä. Prosessin aikana tunnistettiin tarve systemaattisemmalle materiaali- sekä valmistusprosessivalinnalle. Tästä huolimatta lisäävät valmistusmenetelmät todettiin vakavasti otettavaksi vaihtoehdoksi matalan volyymin muovituotteiden valmistuksessa

Improving computer access for individuals with upper limb deficiency through extensionist actions

Despite continuous efforts to promote accessibility, a pressing need remains for increased focus on digital access, particularly for individuals with upper limb mobility limitations, to ensure full integration into computer usage. In response to this challenge, the university extension project Assistive and Adaptive Peripherals (ASAP) was established to leverage 3D printing technology to enhance digital accessibility. This research aimed to construct a conceptual prototype for an assistive mouse and keyboard using readily available and accessible materials, emphasizing the potential for widespread replication. Beyond this immediate goal, the secondary objective was to initiate the extension of the project, focusing on the development of assistive computer peripherals to foster social inclusion. Volunteer participation, including interviews with individuals with limb impairments such as tetraplegia, during the testing phase added a valuable human-centered design (HCD) perspective to the study. This approach ensured that the end-users' needs and preferences were at the core of the design process, making the resulting products more practical and user-friendly. Additionally, a thorough literature review on digital accessibility products was conducted. Through these methodological stages, the research yielded valuable insights, identifying theoretical and technological factors crucial for future applications of the ASAP project. This includes refining the research methodology and advancing the maturity levels of future devices. Looking ahead, the ASAP project will continue its extension activities by developing new assistive peripherals based on the findings of this study. Keywords: Assistive Technology; 3D Printing; Tetraplegia; Inclusive Design; Computer Peripheral Melhorando o acesso ao computador para indivíduos com deficiência de membro superior através de ações extensionistas Resumo: Apesar dos esforços contínuos para promover a acessibilidade, ainda existe a necessidade de maior foco no acesso digital, especialmente para indivíduos com limitações de mobilidade nos membros superiores, a fim de garantir a integração total na utilização do computador. Em resposta a este desafio, foi criado o projeto de extensão universitária Assistive and Adaptive Peripherals (ASAP), com o objetivo de utilizar a tecnologia de impressão 3D para melhorar a acessibilidade digital. Esta pesquisa teve como objetivo construir um protótipo conceitual para mouse e teclado assistencial utilizando materiais prontamente disponíveis e acessíveis, enfatizando o potencial de replicação generalizada. Para além deste objetivo imediato, o objetivo secundário é iniciar o projeto de extensão ASAP, centrando-se no desenvolvimento de periféricos informáticos auxiliares para promover a inclusão social. A participação de voluntários, incluindo entrevistas com indivíduos com deficiências nos membros superiores, como tetraplegia, durante a fase de testes adicionou uma valiosa perspectiva de design centrado no ser humano (HCD) ao estudo. A metodologia foi enraizada no HCD, colocando o usuário final no centro do processo de design para o desenvolvimento de produtos e serviços de saúde. Além disso, foi realizada uma revisão da literatura sobre produtos de acessibilidade digital. Através destas etapas, a pesquisa rendeu insights valiosos, identificando fatores teóricos e tecnológicos cruciais para futuras aplicações do projeto ASAP. Olhando para o futuro, o projeto ASAP continuará as suas atividades de extensão através do desenvolvimento de novos periféricos de assistência com base nas conclusões deste estudo. Palavras-chave: Tecnologia Assistiva; Impressão 3D; Tetraplegia; Design Inclusivo; Periférico De Computado

Integration of 3D printed sensors into orthotic devices

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica (Engenharia Clínica e Instrumentação Médica), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2020Nos últimos anos tem-se vindo a registar um aumento do interesse, por parte da comunidade científica, pela área dos exosqueletos, onde novos modelos e conceitos são constantemente apresentados, com o objetivo de desenvolver a próxima geração de dispositivos. Uma das razões que pode vir a justificar este aumento de interesse, por parte da comunidade científica, é o aumento da esperança média de vida. De acordo com a organização mundial de saúde, a percentagem de população mundial com mais de 60 anos aumentará de 11% para 22%, entre 2000 e 2050. Com o aumento da esperança média de vida, espera-se também um aumento da incidência de doenças associadas ao envelhecimento que, em muitos dos casos, podem levar a incapacidades motoras. Como tal, é necessário desenvolver dispositivos capazes de assistir indivíduos que se encontrem nestas situações. Uma possível medida a implementar, seria o desenvolvimento de exosqueletos dedicados à reabilitação, assim como dispositivos capazes de assistir indivíduos com deficiências locomotoras, no seu dia-a-dia. Com a perspetiva do aumento da esperança média de vida, é também importante adotar medidas de prevenção, de modo a evitar complicações no futuro, ao nível do sistema locomotor, especialmente para pessoas com trabalhos mais físicos. Estas complicações poderiam ser potencialmente reduzidas com a aplicação de exosqueletos nos variados locais de trabalho, com vista a melhorar a postura e desempenho dos trabalhadores, auxiliando-os nas suas tarefas diárias. Independentemente do objetivo para qual o exosqueleto está a ser desenvolvido, é essencial que o mesmo tenha uma boa estratégia de controlo. Existem várias estratégias de controlo, sendo uma delas o controlo baseado na força/torque aplicado pelo utilizador. Neste tipo de controlo, como o nome indica, a força/torque aplicado pelo exosqueleto é proporcional à leitura de sensores que se encontram entre o utilizador e o exosqueleto, que indiretamente interpretam a intenção do utilizador. Estes sensores são normalmente sensores de eletromiografia (EMG) e/ou sensores de força. Para além de uma boa estratégia de controlo é também importante monitorizar as forças de interação entre o exosqueleto e o utilizador. A incorreta aplicação de forças, por parte do exosqueleto, pode levar à alteração do padrão natural de ativação dos músculos, sendo por sua vez contraprodutivo no caso da fisioterapia, por exemplo. Por outro lado, forças que são incorretamente aplicadas podem também desencadear fadiga, desconforto e, em último caso, colocar em risco a segurança do utilizador. Como tal, a monitorização das forças aplicadas pelo exosqueleto é algo verdadeiramente importante, que pode ser executado através da implementação de sensores de força. A partir da informação apresentada, é possível concluir que a integração de sensores de EMG e força nas interfaces dos exosqueletos é uma possível estratégia a adaptar, quando o objetivo é otimizar o desempenho dos mesmos. No entanto, não existem muitos casos de exosqueletos com este tipo de sensores incorporados. Uma das razões que pode vir a justificar este fenómeno é a geometria deste tipo de sensores, que se encontram atualmente no mercado, ser fixa e de difícil customização, o que influencia diretamente o design do exosqueleto. Para além da geometria dos sensores, na maioria dos casos, quando o objetivo é fabricar sensores de alta resolução, o processo de fabrico é constituído por múltiplas etapas, o que pode dificultar a escalabilidade de manufatura, aumentando o custo de fabrico, o que em última instância comprometerá o design e o processo de fabricação dos exosqueletos. Com o objetivo de encontrar alternativas aos sensores convencionais, alguns desenvolvimentos têm sido feitos numa tentativa de incorporar a tecnologia de impressão 3D ao mundo dos sensores. Uma das grandes vantagens desta simbiose é a possibilidade de poder, numa só etapa, produzir e integrar o sensor, sem limitações de design, no local desejado, neste caso na interface do exosqueleto. Como tal, o objetivo deste trabalho seria o desenvolvimento de uma interface de um exosqueleto, impressa em 3D, com sensores de EMG e de força incorporados, também impressos em 3D. O exosqueleto que será utilizado provirá de um projeto em desenvolvimento pelo grupo Brussels Human Robotics Research Center, BruBotics, mais especificamente pelo projeto BioMot. Neste projeto em específico, devido à complexidade do objetivo estipulado, apenas os sensores de EMG e de força, impressos em 3D, foram desenvolvidos e testados. Para além dos sensores, um estudo sobre a deformação dos músculos da parte inferior da perna, durante ciclo de marcha, foi também realizado, de modo a facilitar o futuro design da interface do exosqueleto. Um sensor de EMG é constituído por dois elétrodos condutores, isolados por um material não condutor, de modo a possibilitar a captação dos sinais elétricos provenientes dos músculos, que, por sua vez, refletem a intenção do utilizador. Como tal, para produzir este tipo de sensores, utilizando técnicas de impressão 3D, mais especificamente, técnicas de impressão FDM (modelagem por deposição fundida), é preciso: um material condutor (neste caso semicondutores, devido à inexistência de filamentos condutores, para este tipo de impressão 3D) e um material não condutor. Para este projeto foram utilizados: o filamento semicondutor Proto-pasta conductive PLA (Protoplant, Inc., USA) e o filamento não condutor Ultimaker TPU 95A (Ultimaker B.V., The Netherlands). Com estes dois materiais foi possível, com algumas limitações, produzir um sensor EMG funcional, que poderá, possivelmente, vir a ser integrado num exosqueleto, em trabalho futuro. É necessário, no entanto realizar primeiro um estudo intensivo, de modo a compreender as restrições de funcionamento deste mesmo sensor. Relativamente aos sensores de força, o seu design/modo de funcionamento, foi baseado num condensador de elétrodos paralelos. De forma a produzir este tipo de sensor, é necessário um material semicondutor (dado, mais uma vez, a inexistência de materiais condutores para o tipo de técnica de impressão 3D que será utilizado) e um material não condutor. A ideia seria imprimir um sensor com duas finas placas semicondutoras, separadas por outra fina placa não condutora, denominado de dielétrico. Neste tipo de sensores, quando uma força é aplicada, a distância entre as placas semicondutoras diminui, induzindo um aumento da capacidade do condensador, sendo que este aumento será proporcional à força aplicada ao sensor, permitindo assim o seu registo. Com o objetivo de desenvolver este tipo de sensor, foi necessário primeiro desenvolver um sistema capaz de captar, e posteriormente transferir para um computador, as variações da capacidade do sensor de forma a possibilitar a sua posterior análise. Para além do sistema de registo, foi também necessário testar vários tipos de materiais e as várias definições de impressão, de modo a selecionar quais os mais adequados para a impressão deste sensor, dado que. Neste caso, os materiais e as definições de impressão mais adequadas, seriam as que conferissem ao dielétrico a maior flexibilidade possível dado que, quanto maior a flexibilidade do dielétrico, maior a variação da capacidade, e, como tal, maior resolução dos sinais captados. Após o desenvolvimento de um sistema de registo, e da escolha dos materiais mais adequados ao objetivo deste projeto, um sensor capacitivo foi produzido. As placas condutoras foram impressas com o filamento PI-ETPU 95-250 Carbon Black (Palmiga Innovation, Sweden) e o dielétrico com o filamento não condutor NinjaFlex 85A (Fenner Inc., USA). Ao contrário das placas condutoras, o dielétrico foi impresso com um preenchimento concêntrico ocupando apenas 50% do espaço, conferindo deste modo uma maior flexibilidade ao sensor. Com a produção do sensor completa, o mesmo foi testado. A partir dos resultados dos testes realizados, foi possível verificar um aumento da capacidade do sensor quando sujeito à aplicação de uma força, sendo que este aumento foi proporcional à magnitude da força aplicada. Apesar dos resultados terem sido bastante positivos, o sensor demonstrou ter uma elevada histerese, como tal, antes da implementação destes sensores em exosqueletos, os mesmos terão de ser rigorosamente testados, com vista a melhor compreender as suas limitações e modular, se possível, a resposta dos sensores tendo em conta a sua histerese, dependência do tempo de aplicação das forças, entre outros fatores. Após o desenvolvimento dos dois tipos de sensores, foi crucial compreender qual o melhor local para os aplicar, de modo a otimizar a informação proveniente dos sinais, por eles captados. Seguindo esta ordem de pensamentos, um algoritmo foi desenvolvido de modo a melhor compreender a deformação da superfície da parte inferior da perna, e como tal dos músculos que a constituem, durante o ciclo de marcha. Esta informação é especialmente relevante aquando da implementação dos sensores de EMG, dado que os locais onde os mesmos devem ser colocados, correspondem à zona mais proeminente dos músculos que estão a ser avaliados, que naturalmente estão sujeitos a maiores níveis de deformação. Para compreender quais os vários locais de deformação da parte inferior da perna, vários varrimentos de imagem (scans) de vários indivíduos, em várias fases do ciclo de marcha, foram obtidos, e comparados entre si, através do algoritmo desenvolvido, nestes scans as parte mais proeminentes dos músculos em estudo foram assinaladas com marcadores. O algoritmo desenvolvido tem a capacidade de identificar, com algum erro associado, os marcadores, alinhar os diversos scans das várias fases do ciclo de marcha, com base na localização espacial desses mesmos marcadores e segmentar transversalmente os scans, nas zonas mais proeminentes dos músculos. A análise da deformação é feita a partir do raio de curvatura deste segmento em zonas especificas previamente estipuladas. Apesar do algoritmo precisar de alguns melhoramentos, de forma a possibilitar uma avaliação pormenorizada e exata da deformação da superfície da parte inferior da perna, foi possível concluir, a partir dos resultados de saída do algoritmo, que as maiores deformações ocorrem nos limites dos músculos e não nas zonas mais proeminentes dos músculos (apesar de existir um deslocamento espacial das mesmas zonas). Esta informação será bastante relevante para a construção da interface do exosqueleto, mais especificamente para a escolha dos materiais, mais rígidos ou mais flexíveis por exemplo, e onde os corretamente colocar, de modo a assegurar o constante contacto entre o utilizador e os sensores, enquanto a eficiência do exosqueleto é assegurada.There has been an increasing interest on the research of exoskeletons in the last years, with novel designs and concepts emerging to develop the next generation of devices. One of many research areas, involved in the optimization of the exoskeletons’ performance, is the integration of sensors, more specifically Electromyography (EMG) sensors and force sensors, into the exoskeleton’s interfaces, being the interfaces, the exoskeleton’s component responsible for the power transmission from the exoskeleton to the user’s biological structures. The integration of sensors into the exoskeletons’ interfaces can potentially improve the exoskeleton’s control, comfort, safety, and ergonomics. However, the integration of the sensors that are currently on the market into the exoskeletons’ interfaces has complications such as the sensors’ fixed geometry, lack of customisation and fabrication costs. One alternative to these conventional sensors is combining the 3D printing technology to the sensor’s world and produce 3D printed orthosis embedded with 3D printed sensors, where an integrated manufacturing strategy can be adopted, allowing the production of customized interfaces. Therefore, the goal of this project was to develop and test 3D printed EMG and force sensors to be integrated, in future work, into the cuffs of 3D printed orthotic devices. To help the design of these orthotic devices, an analysis of the deformation of the lower limb muscles, during the gait cycle will was also performed. In this project a working 3D printed EMG sensor, along with a 3D printed capacitance-based force sensor were successfully produced, also an efficient reading system for the force sensor was developed. Besides the 3D printed sensors, an algorithm, able to detect possible deformations, and measure those same deformations, was developed. From the algorithm’s results, it was possible to conclude the existence of variations in the muscle’s limits due to changes in the gait cycle positions

Handle the way: Enhancing web accessibility for people with disability

The web has become the primary mechanism for information delivery. However, for people with an intellectual disability there can be significant barriers in accessing the web. This research aims to design a novel solution to help people with a disability, especially people who cannot type easily or correctly, to access the web independently. We propose to utilize Near Field Communication tokens to store and materialize website addresses into tangible handles for web access. Most importantly, we use tokens to store frequently used key words and serve as visual aids to enable query through combination of different search tokens. This solution has the potential to improve the quality of life yet is still relatively simple and affordable. Furthermore, together with other advanced technologies such as 3D printing for personalized tokens, it opens up the opportunities for co-design between people with disability and caregivers, customized services and collaborative support for diverse users via online volunteers