Mano meccanica con tendini

Cosa imparerà

• Che le dita non hanno muscoli: si muovono perché dei tendini, come corde, le tirano dall'avambraccio.
• Che cos'è un'articolazione (cerniera) e perché nel modello ogni dito ne ha tre e il pollice due (il tuo pollice vero ha due falangi e una terza articolazione vicino al polso).
• Che un filo che passa distante dalla cerniera (dentro la cannuccia) crea un braccio di leva che fa ruotare il dito.
• Che serve un altro tendine o una molla per distendere il dito: i muscoli tirano soltanto, non spingono.
• Come funzionano le protesi meccaniche di mano stampate in 3D.

Prepara prima

• Stampa la sagoma A al 100 % (senza adattare alla pagina) e verifica che il dito medio sia largo 22 mm.
• Scegli un cartone liscio e orienta la sagoma con le onde nel senso della larghezza delle dita (da sinistra a destra).
• Taglia e prepara i tratti di cannuccia: una cannuccia da 20 cm basta per circa 7 tratti.
• Taglia i 5 fili da 40 cm e metti un pezzetto di nastro a un'estremità di ciascuno perché non si sfilacci (fa da ago).
• Per i bambini piccoli, ritaglia tu gli spazi tra le dita con il taglierino prima della sessione.

Materiali e attrezzi

• Cartone ondulato — 1 foglio da 25 × 25 cm
  semplice, 3 mm, liscio e senza grinze (scatola per spedizioni)
• Cannucce — 2–3
  dritte, Ø 5–6 mm (servono circa 34 cm in tutto)
• Filo resistente — 5 tratti da 40 cm (2 m)
  spago da cucina, spago sottile da ≈ 1 mm o filo da cucito doppio
• Nastro adesivo trasparente — 1 rotolo
  per fissare le cannucce
• Colla stick — 1
  per incollare la sagoma e il rinforzo del palmo
• Elastici sottili — 3 (facoltativi)
  da ufficio, tagliati a strisce per il ritorno delle dita
• Stuzzicadenti — 1
  per fare fermi da 8 mm alle estremità dei fili

Attrezzi

• Forbici — ritagliare il contorno, le cannucce e gli spazi tra le dita
• Taglierino con righello di metallo — tagliare gli spazi da 6 mm tra le dita adulto
• Penna a sfera scarica e righello — segnare le pieghe
• Pennarello — segnare linee e decorare
• Punteruolo o spiedino di legno — forare i buchi da 2 mm delle punte adulto
• Ago grosso da lana — far passare il filo nelle cannucce (facoltativo)

Pezzi e sagome

• A · Mano (vista dal palmo) ×1 — cartone ondulato 3 mm
• B · Rinforzo del palmo ×1 — cartone ondulato 3 mm
• C · Barra di controllo ×3 — cartone ondulato 3 mm
• D · Anelli per le dita ×5 — cartoncino
• E · Tratti di cannuccia ×14 — cannuccia Ø 5–6 mm
• F · Tendini ×5 — spago da cucina o spago sottile

Passo passo

1. Incolla la sagoma

   Incolla la sagoma A sul cartone con la colla stick, con le onde del cartone da sinistra a destra (nel senso della larghezza delle dita). Liscia con la mano perché non restino bolle.

2. Ritaglia il contorno adulto

   Ritaglia il contorno esterno della mano con le forbici. Per gli spazi da 6 mm tra le dita, fai con taglierino e righello i due tagli dritti di ogni spazio e finisci con le forbici.

   Verifica: Ogni dito è largo 22 mm e si muove libero, senza restare attaccato a quello accanto.

3. Segna le pieghe

   Passa una penna a sfera scarica lungo il righello, premendo forte, sulle 14 linee di piega: 3 su ogni dito (nocca a 90 mm dal bordo superiore del palmo e altre due) e 2 sul pollice.

   Trucco: Segna sul lato del palmo, quello con la sagoma: il solco aiuta a piegare verso quel lato.

4. Piega le articolazioni

   Piega ogni piega verso il palmo fino a circa 90° e poi distendila di nuovo. Ripeti 3 volte su ogni piega perché la cerniera diventi morbida.

   Verifica: Ogni falange si piega da sola con un tocco del dito e il cartone non si è rotto sul retro.

5. Rinforza il palmo

   Incolla il rinforzo B (100 × 75 mm) dietro il palmo, allineato con il polso e sotto la piega delle nocche, con le onde in direzione opposta a quelle della mano.

   Verifica: Il palmo non si curva più quando lo premi al centro.

6. Taglia le cannucce

   Taglia i 14 tratti di cannuccia E con le forbici, misurando con il righello: mignolo 11, 21 e 30 mm; anulare e indice 16, 28 e 30 mm; medio 19, 32 e 30 mm; pollice 14 e 27 mm.

   Trucco: Lascia ogni gruppo di tratti sopra il suo dito per non mescolarli.

7. Incolla le cannucce

   Metti ogni tratto sulla sua linea guida, al centro del dito, e fissalo con due strisce di nastro incrociate (o una riga di colla). Lascia sempre circa 4 mm liberi da ogni lato di ogni piega.

   Verifica: Piegando ogni articolazione, le cannucce non si urtano tra loro.

8. Fora le punte adulto

   Fora il buco da 2 mm sulla punta di ogni dito e del pollice con un punteruolo o uno spiedino di legno, appoggiando il cartone su una gomma per cancellare o un pezzo di sughero.

9. Infila i tendini

   Infila un filo da 40 cm nel buco della punta da dietro, fai un nodo triplo (o lega mezzo stuzzicadenti come fermo) perché non esca, e fallo passare in tutte le cannucce di quel dito e del palmo fino a uscire dal polso. Ripeti con le 5 dita.

   Trucco: Il pezzetto di nastro sulla punta del filo fa da ago. Se è difficile, usa un ago da lana.

10. Prova ogni dito

    Tieni il palmo con una mano e tira piano ogni filo, uno alla volta, di circa 3–4 cm. Il dito si deve piegare nelle tre articolazioni e chiudersi verso il palmo.

    Verifica: Se una falange non si piega, ripassa la sua piega con la penna e piegala più volte.

11. Monta la barra di controllo

    Incolla i 3 strati della barra C. Fai passare ogni filo nel suo buco (guardando la mano dal palmo, il pollice è a destra: usa il buco di destra per il pollice, così i fili non si incrociano) e, con tutte le dita distese e i fili tesi senza tirare, fai un nodo su ciascuno proprio sotto la barra (dal lato opposto alla mano), perché quando tiri il nodo non possa passare dal buco.

    Verifica: Tirando la barra di 4 cm verso il basso, le 5 dita si chiudono insieme.

12. Regola le lunghezze

    Se un dito si chiude prima degli altri, sciogli il suo nodo e rilegalo 5–10 mm più in basso; se si chiude tardi, legalo più in alto. Cerca di far sì che tutte le dita comincino a muoversi insieme.

13. Molle di ritorno (facoltative)

    Taglia 5 strisce di elastico da 12 cm. Sul retro di ogni dito, fissa con il nastro un'estremità sulla punta e l'altra sul palmo, tendendo un po' l'elastico (1 cm). Quando lasci i fili, le dita si apriranno da sole.

    Trucco: Se l'elastico è troppo forte e il dito fa fatica a chiudersi, fissalo meno teso.

14. Afferra oggetti

    Tieni la mano per il palmo con una mano e tira la barra con l'altra per afferrare un bicchiere di plastica vuoto, una pallina di carta o un rotolo di nastro adesivo.

Funziona? La prova

Tieni il palmo e tira la barra di controllo di 4–5 cm. Poi prova a prendere un bicchiere di plastica vuoto e una pallina di carta di 5 cm di diametro.

Cosa deve succedere: Le cinque dita si chiudono insieme formando un pugno con circa 4–5 cm di corsa del filo. La mano regge un bicchiere di plastica vuoto (≈ 10 g) o una pallina di carta; con un bicchiere d'acqua scivola.

Se qualcosa non va

• Il dito non si piega o si piega solo alla base — Pieghe poco marcate o cartone con le onde nel senso della lunghezza del dito. Soluzione: Ripassa le pieghe con la penna e piegale più volte. Se le onde vanno nel senso della lunghezza del dito, fai un taglio superficiale (solo lo strato di sopra) su ogni piega dal lato del palmo.
• Il filo esce dalla punta quando tiri — Nodo piccolo che passa dal buco. Soluzione: Fai un nodo triplo o lega un pezzetto di stuzzicadenti da 8 mm come fermo sul retro.
• Si piega il palmo invece di chiudersi le dita — Palmo senza rinforzo o fili che tirano troppo da un lato. Soluzione: Incolla il rinforzo B e tira i fili dritti, in direzione del polso.
• Le cannucce si staccano — Nastro poco aderente sul cartone polveroso o cannucce lisce. Soluzione: Usa una goccia di colla a caldo (adulto) o colla vinilica e lascia asciugare 10 minuti.
• Le dita non si aprono quando lasci — Il cartone resta piegato; non c'è un tendine estensore. Soluzione: Monta le molle di ritorno di elastico sul retro di ogni dito.
• Con la barra alcune dita si chiudono prima di altre — Fili con tensione diversa. Soluzione: Rilega i fili alla barra con tutte le dita distese e i fili appena tesi.

Sicurezza

• Il taglierino per gli spazi tra le dita lo usa un adulto, con righello di metallo e tappetino da taglio.
• Forare con punteruolo o spiedino: sempre su sughero o gomma e con la punta lontana dall'altra mano.
• Non legarti i fili intorno alle dita né al collo: usa gli anelli di cartoncino, che si sfilano da soli.
• Se usi la colla a caldo per le cannucce, la applica un adulto: scotta.

La scienza che c'è dietro

Per i bambini

Muovi le dita e guardati il polso: vedrai delle corde che si muovono sotto la pelle. Sono i tendini. I muscoli che muovono le dita sono nel braccio, e tirano i tendini come tu tiri il filo. Le cannucce sono come gli anelli che hanno le tue dita perché il tendine non si stacchi dall'osso. E siccome i muscoli sanno solo tirare, per aprire la mano serve un altro tendine sul retro: i nostri elastici.

Per l'adulto

Il modello riproduce i tendini flessori della mano: i ventri muscolari dei flessori delle dita si trovano nell'avambraccio e trasmettono la forza tramite tendini che scorrono sul lato palmare, tenuti contro le falangi dalle pulegge anulari (qui, i tratti di cannuccia). Ogni piega è un'articolazione a cerniera (un grado di libertà): metacarpofalangea, interfalangea prossimale e distale nelle dita; il pollice del modello ne ha due. Il filo passa a una distanza d (≈ 3–4 mm, il raggio della cannuccia più lo spessore del cartone) dall'asse della cerniera; la tensione T genera una coppia T·d in ogni articolazione. Poiché la tensione è la stessa lungo tutto il filo, l'articolazione più morbida si piega per prima: per questo bisogna lavorare tutte le pieghe allo stesso modo. La corsa del filo per chiudere un dito è circa la somma di d·θ in ogni articolazione (3 articolazioni × 4 mm × 1,57 rad ≈ 2 cm, più il gioco). I muscoli possono solo contrarsi, quindi l'estensione richiede un altro tendine (gli estensori, sul dorso) o un elemento elastico, che è ciò che fanno gli elastici. Le protesi di mano stampate in 3D di molti progetti solidali usano esattamente questo principio con fili tensori ed elastici di ritorno, azionati dalla flessione del polso.

• tendine: corda resistente che unisce il muscolo all'osso e ne trasmette la forza.
• articolazione: unione tra due ossa che permette il movimento; qui, ogni piega.
• falange: ciascuna delle ossa delle dita; tre in ogni dito e due nel pollice.
• flessione: movimento di piegare un'articolazione.
• protesi: pezzo artificiale che sostituisce una parte del corpo.

Per età

• 5–7 anni: L'adulto ritaglia la mano, segna le pieghe e fora. Il bambino piega le pieghe, fissa le cannucce con il nastro (già tagliate) e infila i fili con un aiuto. Usate la barra di controllo perché chiuda tutta la mano.
• 8–10 anni: Montaggio completo con aiuto solo per il taglierino e il punteruolo. Fate regolare a loro la lunghezza dei fili sulla barra finché tutte le dita si chiudono insieme.
• 11–12 anni: Fate progettare a loro la propria mano partendo dal loro contorno, rispettando dita di almeno 20 mm, e aggiungere tendini estensori con elastico. Sfida: misurare la corsa del filo per ogni dito e confrontarla con il calcolo d × angolo.

In gruppo o in classe

Individuale o a coppie (una mano per bambino è la cosa più motivante; i materiali sono di recupero). Prima: stampare e ritagliare le mani per i più piccoli, tagliare gli spazi tra le dita con il taglierino e preparare sacchetti con 14 tratti di cannuccia e 5 fili. Sessione di 70 min: 10 min per osservare i tendini del proprio polso, 45 min di montaggio, 15 min di sfide (prendere oggetti da un tavolo comune). Tieni la colla a caldo in una postazione sorvegliata da un adulto.

Sfide

• Prendi un bicchiere di plastica vuoto e portalo da un lato all'altro del tavolo senza farlo cadere.
• Aggiungi tendini estensori con il filo sul retro e una seconda barra per aprire la mano tirando.
• Monta la mano su un avambraccio fatto con un rotolo di carta da cucina e fai passare i fili all'interno fino a una barra in fondo.
• Fai contare alla mano da 1 a 5 usando gli anelli.
• Incolla polpastrelli di gomma o di gomma crepla sulle punte e misura quanto peso in più regge.

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