در دو دهه اخیر، توسعه فناوری‌های پوشیدنی در تعامل انسان و ماشین، به‌ویژه در حوزه‌هایی چون آموزش پزشکی، شبیه‌سازی زایمان، و جراحی از راه دور، به سمت طراحی دستکش‌های هوشمند چندمنظوره با قابلیت دریافت و اعمال بازخوردهای چندوجهی (حسی، حرکتی و حرارتی) سوق یافته است. در حوزه آموزش زایمان طبیعی، نیاز به ابزارهای دقیق و بازخوردپذیر برای شبیه‌سازی حرکات و نیروهای واقعی اعمال‌شده توسط دست پزشک یا ماما، به‌ویژه هنگام تماس با سر جنین، به‌طور چشمگیری افزایش یافته است. با این حال، بسیاری از دستکش‌های موجود هنوز در حوزه‌هایی مانند دقت در ثبت و اعمال نیرو، وضوح لمسی، هم‌زمانی داده‌ها و راحتی پوشش با محدودیت‌هایی مواجه‌اند که مانع از شبیه‌سازی واقع‌گرایانه و دقیق مراحل زایمان می‌شود.

در پاسخ به این نیاز فناورانه، طرح حاضر بر طراحی یک دستکش هوشمند با ۱۵ درجه آزادی تمرکز دارد که هر انگشت امکان حرکت مستقل در مفاصل بین‌بندی خود را داشته باشد. این سطح از آزادی حرکتی بر اساس آناتومی طبیعی دست انسان تعریف می‌شود و امکان بازآفرینی دقیق حرکات دستی موردنیاز در مراحل مختلف زایمان، به‌ویژه لمس سر جنین، بررسی وضعیت قرارگیری و اعمال نیرو برای کمک به خروج تدریجی را فراهم می‌سازد. زاویه خم شدن مفاصل تا ۱۱۰ درجه پیش‌بینی شده که کاملاً با محدوده فیزیولوژیک حرکات انگشتان تطابق دارد و اجرای حرکات پیچیده مانند گرفتن تدریجی سر جنین یا معاینه لگنی را ممکن می‌سازد.

برای تشخیص وضعیت دقیق انگشتان در طول فرآیند زایمان شبیه‌سازی‌شده، از حسگرهای زاویه‌ای با دقت ۰.۱ درجه استفاده خواهد شد که این دقت بالا برای ارزیابی موقعیت دست در حفره لگنی و تماس با بافت‌ها و سر جنین کاملاً حیاتی است. با توجه به حرکات سریع و دینامیکی حین زایمان، فرکانس نمونه‌برداری ۵۰ هرتز و زمان پاسخ کمتر از ۱۰ میلی‌ثانیه در نظر گرفته شده است تا تاخیر حسی کاهش یافته و عملکرد بلادرنگ حفظ گردد.

در زمینه بازخورد لمسی، هدف این است که با استفاده از ساختارهایی با تراکم حداقل ۱۲۰ نقطه در اینچ، بافت‌ها و سطح سر جنین و دیواره کانال زایمان به‌صورت دقیق شبیه‌سازی شوند. این ویژگی به فراگیر اجازه می‌دهد تا تفاوت‌های جزئی در بافت‌های ناحیه لگنی و وضعیت جنین را تشخیص دهد و به‌درستی برای ادامه فرآیند تصمیم‌گیری کند.

از منظر طراحی ارگونومیک، وزن نهایی دستکش باید کمتر از ۵۰۰ گرم باشد تا در طول جلسات آموزشی طولانی‌مدت، از خستگی دست‌ها جلوگیری شود. همچنین، دستکش باید با قابلیت اتصال بی‌سیم (Wi-Fi و بلوتوث) طراحی شود تا با انواع پلتفرم‌های آموزش شبیه‌سازی پزشکی و سامانه‌های مانیتورینگ بالینی سازگاری داشته باشد. باتری به‌کاررفته نیز باید امکان ۸ ساعت عملکرد مداوم را فراهم آورد تا پوشش کاملی برای آموزش‌ها و ارزیابی‌های روزانه ارائه دهد.

برای دستیابی به عملکرد بهینه در یک سامانه واقعیت ترکیبی لمسی ـ نیرویی، دقت و حساسیت بسیار بالا برای حسگرهای نیرو الزامی است؛ زیرا حتی نیروی اضافی اندک بر سر جنین در فرآیند زایمان می‌تواند خطرناک باشد. بنابراین، حساسیت حسگرهای نیرویی در سطح یک میلی‌نیوتن و تفکیک‌پذیری 0.1 میلی‌نیوتن برای ثبت دقیق نیروهای تماسی حین خروج سر جنین در نظر گرفته شده است. خطای کل سیستم اندازه‌گیری باید کمتر از 1 درصد باشد تا تضمین‌کننده ایمنی در سنجش نیروی اعمالی باشد. نرخ نمونه‌برداری حداقل ۱ کیلوهرتز و در کاربردهای دقیق‌تر مانند تحلیل دقیق فشار بر ملاج جنین تا ۱۰ کیلوهرتز تعریف شده تا تحلیل دینامیکی بی‌درنگ امکان‌پذیر شود.

علاوه بر این، حسگرهای نیرو باید قابلیت اندازه‌گیری سه‌محوره را داشته باشند تا تمام بردارهای نیرویی ناشی از تماس با سر جنین یا بافت‌های داخلی لگن به‌دقت ثبت و تحلیل شود. این قابلیت به‌ویژه در بررسی میزان و جهت فشار وارده از سوی انگشتان پزشک در حین زایمان بسیار مهم است. پایداری حرارتی و الکتریکی حسگرها نیز باید در شرایط متغیر محیطی تضمین گردد تا دقت اندازه‌گیری‌ها در طول تمرین‌های آموزشی حفظ شود.

اندازه‌گیری دقیق دما از طریق حسگرهای حرارتی، برای بازآفرینی تجربه واقعی لمس بافت‌های بدن و سر جنین، ضروری است. این حسگرها باید قادر باشند دمای تماس در بازه ۲۰ تا ۴۵ درجه سانتی‌گراد را با دقت ۰.۱ درجه ثبت کنند. زمان پاسخ کمتر از ۱۰۰ میلی‌ثانیه برای این حسگرها الزامی است تا تغییرات لحظه‌ای دمایی در حین تعامل به‌درستی ثبت شده و به‌موقع به سامانه پردازش ارسال گردد. استفاده از ترمیستورهای پیشرفته یا حسگرهای نازک‌لایه نیمه‌هادی پیشنهاد می‌شود که ضمن دقت بالا، مصرف انرژی پایین و انعطاف‌پذیری مناسبی برای نصب در لایه داخلی دستکش دارند.

در طراحی سخت‌افزاری و نرم‌افزاری دستکش باید اصل هماهنگی همزمان بین حسگرها و محرک‌ها رعایت گردد تا هر بازخورد لمسی و نیرویی بلافاصله پس از ثبت ورودی حسی، با کمترین تأخیر ممکن  (کمتر از 5 میلی‌ثانیه) تولید شود.

در مجموع، این سامانه با هدف بازآفرینی دقیق حرکات، نیروها و بازخوردهای حسی در فرآیند آموزش زایمان طبیعی طراحی می‌شود و می‌تواند به‌عنوان یک ابزار پیشرفته و ایمن در آموزش مهارت‌های بالینی مرتبط با تماس، ارزیابی و کنترل نیروی وارده بر جنین مورد استفاده قرار گیرد.