Sensortechnik Sensoren ermöglichen natürliche Bewegungen mit künstlichem Bein

Redakteur: Bernhard Kuttkat

Prothesenträger haben es im Alltag schwer: Nicht immer tut das künstliche Bein was es soll, und die Bewegung ist holprig. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart haben auf der Messe Sensor + Test ein neues Steuerungssystem vorgestellt, das auf willkürliche Gedanken reagiert. Damit lässt sich die Prothese wie ein natürliches Bein bewegen.

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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 des Prothesenträgers 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.

Aktivitätssignale der Beinmuskeln werden erfasst

„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.

Bewegungszustand des Prothesenträgers wird registriert

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.

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