Eine Handprothese aus dem 3D-Drucker, die sich menschlich und präzise anfühlt
Roboterhandprothesen sind mittlerweile keine Neuheit mehr. Regelmäßig sehen wir allerdings Innovation und neue Kreationen, die uns überraschen. Zum Beispiel eine künstliche Hand, die sich an die Objekte, die sie ergreift, anpassen kann und so Beschädigungen oder ungeschickte Handhabung vermeidet. Die von Ingenieuren der Johns Hopkins University entworfene Handprothese nutzt fortschrittliche Technologien wie den 3D-Druck, um ein präziseres und natürlicheres Greifen zu ermöglichen.
Das Greifen nach einer Flasche, einem Ball oder sogar einem Stofftier mag harmlos erscheinen, doch für Menschen mit Amputationen sind diese alltäglichen Handlungen eine Herausforderung. Eine neue Prothese könnte dies ändern, indem sie ihren Griff automatisch an das gehaltene Objekt anpasst. Weltweit sind zirka drei Millionen Menschen von einer Arm- oder Handamputation betroffen, weshalb diese Art von Innovation von entscheidender Bedeutung ist. Doch was unterscheidet die neu entwickelte Handprothese von anderen? Abgesehen von ihrem Nutzen für die betroffenen Personen könnte sie auch die Art und Weise verändern, wie Prothesen mit ihrer Umgebung interagieren.
Handprothese aus dem 3D-Drucker kommt biologischem Vorbild nahe
Die heutigen Handprothesen haben Mühe, die Feinheit des menschlichen Tastsinns nachzuahmen und sind oft zu starr oder zu weich für eine präzise Handhabung von Gegenständen. Sriramana Sankar, Doktorandin der Biomedizintechnik an der Johns Hopkins University, wollte sich dieser Herausforderung stellen: „Von Anfang an war es unser Ziel, eine Handprothese zu entwickeln, die wir entsprechend den physischen und sensorischen Fähigkeiten der menschlichen Hand modellieren würden, eine natürlichere Prothese, die wie ein verlorenes Glied funktioniert und sich auch so anfühlt.“ Das Ziel? Menschen mit Amputationen ein intuitiveres Werkzeug an die Hand zu geben, mit dem sie Gegenstände präzise greifen können, aber auch frei mit ihren Angehörigen interagieren können, ohne Angst haben zu müssen, ihnen weh zu tun.
Diese fortschrittliche Prothese verwendet ein System von Gelenkfingern, das flexible Materialien mit einem starren, inneren Skelett aus dem 3D-Drucker kombiniert. Sie enthält mehrere Tastsensoren, die das Gefühl der menschlichen Haut nachahmen und es dem Benutzer ermöglichen, nicht nur Gegenstände zu greifen, sondern auch deren Form und Textur wahrzunehmen. Die Finger, die mit weichen, luftgefüllten Gelenken ausgestattet sind, werden von den Muskeln des Unterarms gesteuert und bieten so eine hohe Präzision. Darüber hinaus verarbeiten Algorithmen für maschinelles Lernen die Informationen der Sensoren und stellen so ein taktiles Erlebnis nach, das dem einer menschlichen Hand sehr nahe kommt. „Wir kombinieren die Stärken der starren und der flexiblen Robotik, um die menschliche Hand zu imitieren“, erklärt Sriramana Sankar. „Die menschliche Hand ist weder völlig starr noch rein flexibel: Sie ist ein Hybridsystem mit Knochen, flexiblen Gelenken und Gewebe, die zusammenarbeiten. Das ist es, was wir mit unserer prothetischen Hand erreichen wollen.“
Damit Menschen mit einer Prothese die Gegenstände, die sie greifen, auch fühlen können, muss die Prothese Sensoren, ein System, welches die Daten in Nervensignale umsetzt, und eine Möglichkeit zur Stimulierung der Nerven enthalten. In Anlehnung an die biologische Funktionsweise nutzt diese Technologie die Muskelsignale des Unterarms, um die Prothese zu aktivieren und so ein Tastgefühl zu vermitteln, das dem des Nervensystems ähnelt. Obwohl dieser Fortschritt in der Hybridrobotik vielversprechend ist, sind noch weitere Verbesserungen nötig, um die Effizienz zu maximieren.
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*Bildnachweise: University Johns Hopkins
