Natürliche Bewegungen mit Kunstbein

Foto: Beinprothese mit Sensorik

Das Sensorarray mit kombinierter
Drucksensorik wird in den Prothesen-
schaft integriert; © Fraunhofer IPA

Früher waren Treppenstufen für den Prothesenträger Florian Dennerlein eine mühsame und holprige Angelegenheit. Jetzt kann er seine Prothese viel feiner steuern. Und willkürlich – so wie es auch bei Menschen mit zwei Beinen funktioniert. Möglich gemacht haben das Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Sie haben ein System entwickelt, mit dem Prothesenträger das künstliche Bein willkürlich steuern können.

Bisherige Prothesen mit Willkürsteuerung hatten einen 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 Menschen wie Florian werden. "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.

Muskelaktivitätssignal und Bewegungszustand verwandeln 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: Die Bestimmung des Willkürsignals erfolgt in Echtzeit. "So nähert sich die Verwendung von künstlichen Extremitäten immer mehr dem natürlichen Bewegungsablauf", sagt von Rosenberg.

MEDICA.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft