Prothesenhand - Die Prothese verwendet Signale aus Elektroden und maschinelles Lernen, um Handpositionen zu kopieren. - © Hiroshima University Biological Systems Engineering Lab
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Stein, Schere, Papier

1945 1960 1980 2000 2020

PROTHESE AUS 3D-DRUCK

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PROTHESE AUS 3D-DRUCK

Eine Hand, einen Arm oder ein Bein durch einen Unfall oder eine Krankheit zu verlieren, ist eine enorme Belastungsprobe -körperlich ebenso wie emotional. Prothesen können sehr hilfreich sein, sind aber oft teuer und schwierig in der Anwendung. An der Universität Hiroshima in Japan wurde nun eine neuartige Prothesenhand aus dem 3D-Drucker entwickelt, die mit einer Computer-Schnittstelle verbunden ist und gegenüber bisherigen Modellen aus Metall einige Vorteile bietet: günstiger, leichter und empfindlicher für Bewegungsimpulse.

Toshio Tsuji von der japanischen Universität beschreibt die Funktionsweise der künstlichen Hand am liebsten über das Kinderspiel "Stein, Schere, Papier": Denn der Prothesenträger braucht sich nur eine dieser Handbewegungen vorzustellen - etwa die Faust zu ballen oder die Finger zum Friedenszeichen zu spreizen -, und der Computer initiiert diese Bewegung. "Der Patient denkt an eine Handbewegung, und die Prothese bewegt sich automatisch", erläutert Tsuji: "Somit verbinden wir den menschlichen Körper und die Maschine zu einem lebenden Körper."

Elektroden in der Prothese messen die elektrischen Signale der Nerven durch die Haut, ähnlich wie ein EKG die Herzfrequenz misst. Die Signale werden an den Computer gesendet, und dieser braucht nur fünf Millisekunden, um zu entscheiden, wie die Bewegung ausfallen soll. Sodann sendet er die elektrischen Signale an die kleinen Motoren in der Hand. Und der Computer ist lernfähig: Eine "kybernetische Schnittstelle" vermag Bewegungen der Finger zu erkennen und zu diversen Bewegungsmustern zusammenzufügen, etwa um jemanden die Hand zu schütteln. "Das ist ein herausragendes Merkmal des Projekts", so Tsuji. "Die Maschine kann simple Bewegungen erlernen und diese dann zu komplexen Bewegungen kombinieren."

Die Prothese wurde bei Patienten eines Rehabilitationszentrums getestet. Die Teilnehmer wurden gebeten, alltägliche Aufgaben mit der künstlichen Hand durchzuführen. Die gemessene Genauigkeit der Bewegungen war sehr hoch: Sie lag bei einer einzelnen simplen Bewegung bei über 95 Prozent und bei einer komplexen, nicht erlernten Bewegung bei 93 Prozent. Doch es zeigten sich auch Schwierigkeiten: Die Hand für lange Zeit zu verwenden, kann mühsam sein, da sich der Patient auf die Handposition konzentrieren muss, um diese aufrecht zu erhalten. Das japanische Team plant daher einen adäquaten Trainingsplan -und hofft, dass sich ihre Entwicklung bald als günstige Alternative auf dem Prothesenmarkt behaupten kann. (mt)


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