Medizintechnik

Besser gehen mit intelligenten Roboter-Prothesen

Ein neuer Ansatz verspricht beinamputierten Patienten natürliche Bewegungsabläufe mit Prothesen, die nach dem Vorbild von Robotern gebaut wurden. Mit den intelligenten Prothesen konnten die Probanden so Gehgeschwindigkeiten von über einem Meter pro Sekunde erreichen.

Roboter können immer besser laufen, springen und Treppen steigen, das sollen Prothesen auch bald können. (Foto: Alphaundomega/CC BY-SA 2.0)

Roboter können immer besser laufen, springen und Treppen steigen, das sollen Prothesen auch bald können. (Foto: Alphaundomega/CC BY-SA 2.0)

Um Nutzern motorisierter Beinprothesen ein besseres Gehen zu ermöglichen, setzen US-Forscher auf das Vorbild Roboter. Das Team nutzt Ideen aus der Steuertheorie für zweibeinige Roboter, um den Gang des Prothesenträgers zu analysieren und dann Optimierungen vorzunehmen. Das hat sich in Laufband-Tests bereits bewährt.

„Unser Zugang hat eine Methode zur Steuerung von motorisierten Prothesen für Amputierte ergeben, die ihnen hilft, auf stabilere, natürlichere Art zu gehen als mit aktuellen Prothesen“, sagt Bio- und Maschinentechniker Robert Gregg von der University of Texas at Dallas. Während humanoide Roboter immer größere Fortschritte machen und das Laufen, Springen und Stufensteigen lernen, sind genau diese Dinge für Prothesenträger ein Problem.

Zwar sind Prothesen leichter und flexibler geworden, doch nicht unbedingt intelligenter. Sie passen sich Veränderungen beispielsweise im Gelände nicht einfach unbewusst an, wie es der natürliche Bewegungsapparat machen würde. Greggs Ansatz war nun, Prothesen durch eine stark vereinfachte Ganganalyse nach Konzepten aus der Robotik intelligenter zu machen.

„Wir haben fortgeschrittene mathematische Theoreme genutzt, um den Gangzyklus auf nur eine Variable zu reduzieren“, so Gregg. Diese eine Variable gibt an, an welchem Punkt im Gangzyklus man gerade ist und was als nächstes passieren muss. Das können Prothesen nutzen, um sich besser auf die Anforderungen des Trägers einzustellen. Zunächst haben die Forscher mit Modellrechnungen geprüft, dass dies tatsächlich praktikabel scheint.

Darauf folgten Tests mit drei oberhalb des Knies amputierten Patienten. Die nutzerspezifische Konfiguration der Prothese hat jeweils nur 15 Minuten gedauert. Die Probanden sind auf einem schneller werdenden Laufband gegangen. „Wir haben die Prothese nicht wissen lassen, dass das Laufband schneller wird. Sie hat natürlich reagiert, wie ein Bein das tun würde“, sagt Gregg.

Die beinamputierten Patienten konnten so Gehgeschwindigkeiten von über einem Meter pro Sekunde erreichen, was Gesunden nahekommt. Die Tester haben zudem angegeben, dass sie sich weniger verausgabt hätten als mit normalen Prothesen. Die Forscher sind daher von einer klinischen Brauchbarkeit ihres Ansatzes überzeugt.

 

 

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