Ermöglichen 3D-gedruckte Fingerspitzen bald den Tastsinn von Prothesen?

Wir wissen inzwischen sehr gut, wie weit die additive Fertigung die Herstellung von Prothesen und Orthesen gebracht hat: von einer enormen Passgenauigkeit über angenehmen Tragekomfort bis hin zu einem besseren Genesungsweg des Patienten. Es bleibt allerdings unumstritten, dass die Thematik rund um den Tastsinn von Prothesen noch immer nicht zur Gänze ausgereift ist. Der mangelnde Tastsinn von Prothesen ist laut Forschern der Universität Bristol auf die menschliche Geschicklichkeit von menschlichen Fingerspitzen zurückzuführen, mit dem wir unsere Hände nicht nur führen, sondern dadurch auch Gegenstände aufgeben und handhaben. Jene Forscher haben sich im Zuge von zwei Arbeiten mit dem Vergleich von künstlichen Fingerspitzen auseinander gesetzt und sie auf ihre Möglichkeiten untersucht.

Unter der Leitung des britischen Forschers Nathan Lepora, Profressor für Robotik und künstliche Intelligenz (KI) an der Fakultät für Ingenieurmathematik an der Universität Bristol bestand das Ziel darin die komplexen inneren Strukturen der menschlichen Haut und den damit verbundenen menschlichen Tastsinn mittels 3D-Druck zu erzeugen. Die Forschung, die unter dem Gebiet der Soft-Robotik fällt möchte also Roboter erschaffen können, die durch die 3D-gedruckte taktile Haut in der Lage dazu sind, die Leistung von Handprothesen um einiges zu verbessern, da ihnen somit ein Tastsinn verliehen wird.

Ein Querschnitt durch die 3D-gedruckte taktile Haut (Bild: Universität Bristol)

Der Weg zu Prothesen mit menschlichen Tastsinn

Das Team rund um Professor Lepora haben im Zuge ihrer Forschungen die künstlichen Fingerspitzen mit einem 3D-gedruckten Netz aus nadelförmigen Papillen auf der Unterseite einer nachgiebigen Haut erzeugt. Diese sollen die dermalen Papillen so gut wie möglich nachahmen, die sich zwischen der äußeren und inneren Hautschicht der menschlichen Tasthaut befinden. Da die menschliche Haut eine Mischung aus weichen und harten Stellen ist, galt es auch diese Herausforderung im 3D-Druckverfahren bewältigen zu können. Daher wurde ein moderner 3D-Drucker verwendet, der sowohl weiche und harte Material mischen kann, um somit diese komplizierten menschlichen Strukturen bestmöglich für die Fingerspitzen der Prothesen nachahmen zu können. Um welchen 3D-Drucker es sich hierbei genau handelt, wurde von Seiten der Universität Bristol nicht veröffentlicht.

„Wir haben herausgefunden, dass unsere 3D-gedruckte taktile Fingerspitze künstliche Nervensignale erzeugen kann, die wie Aufzeichnungen von echten, taktilen Neuronen aussehen. Die menschlichen Tastnerven übertragen Signale von verschiedenen Nervenendigungen, den so genannten Mechanorezeptoren, die den Druck und die Form einer Berührung signalisieren können“ beschreibt Professor Lepora die Arbeit seines Forscherteams. Die additiv hergestellten künstlichen Fingerspitzen für Prothesen wurden bereits getestet und man konnte feststellen, dass diese dazu im Stande waren, geriffelte Formen zu „erfühlen“.

Auch wenn die Forschung eine enorme Übereinstimmung zwischen den künstlich erzeugten Fingerspitzen und den menschlichen Nervensignalen feststellen konnte, war trotz alldem die Empfindlichkeit für feine Details nicht sehr hoch. Das Forscherteam geht davon aus, dass dies der Tatsache geschuldet ist, dass die 3D-gedruckte Haut dicker als echte Haut sei. Aus diesem Grund richtet das Forscherteam seine Arbeit nun auf den Fokus, wie man Strukturen auf der mikroskopischen Ebene der menschlichen Haut 3D-drucken kann. Weitere Informationen zu dem spannenden Forschungsfeld der britischen Forscher finden Sie HIER.

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*Titelbildnachweis: Universität Bristol