Natürliche Bewegungen mit künstlichem Bein

 
Sensoren im Schaft der Prothese
wandeln Muskelsignale in eine
Bewegung um; © Fraunhofer IPA

Prothesenträger haben es im Alltag schwer: Nicht immer tut das künstliche Bein was es soll, und die Bewegung ist holprig. Nun gibt es ein neues Steuerungssystem, das auf willkürliche Gedanken reagiert.

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart stellten nun ein Steuerungssystem vor, mit dem Prothesenträger das künstliche Bein willkürlich steuern können. Im Schaft der Prothese sitzen Sensoren, die Signale an den verbleibenden Muskeln abgreifen und in eine entsprechende Bewegung der Prothese umwandeln.

Bisherige Prothesen mit Willkürsteuerung hatten einen entscheidenden Nachteil: Spannt ein Träger etwa im Sitzen unbewusst einen Beinmuskel an, reagiert das Kunstbein darauf und das Kniegelenk der Prothese streckt sich. Unbeabsichtigte Bewegungen mögen manchmal vielleicht komisch aussehen, auf der Treppe etwa kann ein unkontrolliertes Beinausschlagen aber auch zur Gefahr für die Träger werden. Auch plötzlich auftauchende Hindernisse wie etwa eine Türschwelle sind für den Betroffenen ein Problem, wenn er sie nicht rechtzeitig erkennt. Denn nur dann kann er die Prothesenbewegung entsprechend abstimmen.

"Unser neues Steuerungssystem merzt diese Gefahrenquellen aus und ermöglicht eine wesentlich intuitivere Kontrolle", sagt Projektleiter Harald von Rosenberg. Hinter dem System steckt eine ausgeklügelte Technik: Im Schaft der Prothese befindet sich ein Array aus Sensoren, das sämtliche Aktivitätssignale der verbliebenen Beinmuskeln misst. Daraus muss das System anhand von Signalmustern das ideale Muskelsignal bestimmen. "Das heißt, es muss den Wunsch des Prothesenträgers erkennen", erklärt von Rosenberg.

Gleichzeitig registrieren die Sensoren aber auch, in welchem Bewegungszustand sich der Prothesenträger gerade befindet. "Die Prothese weiß also quasi, ob ihr Träger gerade sitzt oder liegt, steht, geht oder rennt. Oder ob er sich gerade bückt oder sich hinkniet." Dabei helfen Drucksensoren, die wie ein Sandwich unter den elektronischen Sensoren liegen und zum Beispiel erkennen, dass der Amputierte gerade sein gesamtes Gewicht auf das Prothesenbein verlagert hat.

Beide Informationen – also Muskelaktivitätssignal und Bewegungszustand – verwandelt das System in ein sogenanntes Willkürsignal. Dieses Signal löst die richtige Bewegung der Prothese aus und passt auch etwa deren aktuelle Dämpfung an die Bewegung an. Der Clou an dem System: Die Bestimmung des Willkürsignals erfolgt in Echtzeit. "So nähert sich die Verwendung von künstlichen Extremitäten immer mehr dem natürlichen Bewegungsablauf", sagt von Rosenberg.

REHACARE.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft

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( Quelle: REHACARE.de )