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DC-Kleinstmotoren in der Medizin Fühlen und Tasten mit einer bionischen Handprothese

Autor / Redakteur: Andreas Seegen und Ellen-Christine Reiff * / Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Die Lifehand 2 ist eine bionische Handprothese, die eine sensorische Rückmeldung ans Gehirn schickt. Angetrieben wird die robotische Hand von DC-Kleinstmotoren. Ein vielversprechendes Projekt.

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Medizinische Forschung: Mit der bionischen Handprothese können Patienten wieder Fühlen und Tasten. Angetrieben wird das künstliche Greiforgan von einem DC-Kleinstmotor.
Medizinische Forschung: Mit der bionischen Handprothese können Patienten wieder Fühlen und Tasten. Angetrieben wird das künstliche Greiforgan von einem DC-Kleinstmotor.
(Prensilia)

Die menschliche Hand ist ein kompliziertes Gebilde aus insgesamt 27 Einzelknochen, die durch Gelenke, Sehnen und Bänder miteinander verbunden sind. Hinzu kommen Muskeln und Nerven, die präzises Greifen filigraner Teile ebenso ermöglichen wie ein kräftiges Zupacken. Gesunde Menschen müssen darüber nicht nachdenken, wie technisch anspruchsvoll die dabei ablaufenden Bewegungsmuster sind. Sie künstlich nachzubilden ist dagegen nicht einfach.

Die moderne Prothetik stellt sich ihr mittlerweile mit beachtlichem Erfolg. Dabei ist sie auf Kleinstmotoren angewiesen, die durch geringes Trägheitsmoment und rastmomentfreien Lauf die unterschiedlichsten Arbeitsabläufe der künstlichen, bionischen Hände unterstützen.

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Der entscheidende Nachteil bei einer Prothese

Die Prothetik bewegt sich auf einem hohen Niveau. So durfte im Sommer 2014 der deutsche Weitspringer Markus Rehm nicht mit zur Leichtathletik-Europameisterschaft reisen. Der deutsche Verband befürchtete, dass er mit seiner Carbon-Beinprothese gegenüber gesunden Sportlern beim Absprung einen Vorteil habe. Das zeigt, wie leistungsfähig solche künstlichen Gliedmaßen heute sind. Die auf dem Markt verfügbaren Handprothesen beispielsweise erkennen die Muskelbewegungen im Armstumpf und ermöglichen dem Träger, die Hand zu öffnen und zu schließen. Wer sie trägt, kann also wie gewohnt greifen.

Trotzdem haben sie einen entscheidenden Nachteil, der letztendlich verhindert, dass sie dem Träger das verlorene Körperteil wirklich ersetzen. Der Prothesenträger kann nicht fühlen, was er hält oder wie fest er zupackt. Weil es keine Rückmeldung sensorischer Informationen ans Gehirn gibt, muss er die Prothese ständig im Auge behalten, um die Greifkraft zu steuern und an den jeweiligen Gegenstand anzupassen. Er weiß also nur aufgrund seiner visuellen Information, wie fest er zupacken muss oder darf. Hier setzt das Projekt LifeHand 2 an. Die bionische Handprothese wurde von einem internationalen Forscherteam an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) entwickelt und befindet sich nach ersten, sehr Erfolg versprechenden klinischen Studien zurzeit in der weiteren Erprobung.

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Klinische Studien sind sehr vielversprechend

Im Februar 2013 wurde im Rahmen einer klinischen Studie ein Prototyp der LifeHand 2 getestet. Die Testperson hatte neun Jahre zuvor ihre linke Hand verloren. In die Hauptnerven des linken Arms wurden vier Elektroden operativ angebracht und die Prothese angeschlossen. Die Testperson konnte in Echtzeit die Form, die Konsistenz und die Lage von Gegenständen erkennen und die Informationen nutzen, um nach ihnen mit dem richtigen Griff und dem richtigen Kraftaufwand greifen. Auch mit verbundenen Augen erkannte die Person die Beschaffenheit der Gegenstände. Die während der Versuche aufgezeichneten Daten belegen, dass in 97 Prozent der Fälle die Lage eines Objekts richtig erkannt wurde. Außerdem wählte die Testperson in über 90 Prozent der Übungen den richtigen Kraftaufwand. Trotz Erfolge werden bis zu einer breiten Anwendung noch Jahre vergehen. So ist nicht sicher, ob die Elektroden langfristig im Körper verbleiben können, ohne die Nerven zu schädigen.

Insgesamt waren sechs Forschungseinrichtungen aus Italien, der Schweiz und Deutschland beteiligt. Professor Silvestro Micera und sein Team von der Scuola Superiore Sant’Anna (SSSA) in Italien entwickelten das System für die sensorische Rückmeldung, dank dessen der Prothesenträger Gegenstände mit angepasstem Druck greifen und ihre Beschaffenheit fühlen kann. Selbst welche Finger gerade Kontakt zum Objekt haben, kann er auf diese Weise feststellen.

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