Robotersteuerung aus den USA 10.12.2014, 15:33 Uhr

Motorisierte Beinprothese soll Amputierte hüpfen lassen

Treppensteigen, hüpfen, rennen oder Fußball spielen: Forscher der Universität in Dallas wollen Trägern von motorisierten Beinprothesen mehr Bewegungsfreiheit ermöglichen. Eine neue Steuermethode könnte zur Agilität führen, die humanoide Roboter schon lange an den Tag legen. 

Proband auf dem Laufband: Die motorisierte Beinprothese erahnt Punkte im Gangzyklus – dank einer intelligenten Steuerung, die bislang bei humanoiden Robotern zum Einsatz kommt. 

Proband auf dem Laufband: Die motorisierte Beinprothese erahnt Punkte im Gangzyklus – dank einer intelligenten Steuerung, die bislang bei humanoiden Robotern zum Einsatz kommt. 

Foto: University of Texas at Dallas

Für humanoide Roboter ist rennen oder Treppen steigen heute nahezu kein Problem mehr. Motorisierte Beinprothesen hingegen hinken dieser Entwicklung im wahrsten Sinne des Wortes hinterher. Das muss nicht so sein, dachte sich wohl der Maschinen- und Biotechniker Robert Gregg. Der Forscher der Universität Dallas will menschlichen Trägern künstlicher Beine dieselbe Agilität und Laufqualität ermöglichen.

Zusammen mit seinem Team entwickelte Gregg eine intelligente Steuerung für motorisierte Prothesen. Um die individuellen Gangeigenschaften eines Prothesenträgers zu analysieren, nutzten die Wissenschaftler Erkenntnisse aus der Steuertheorie für zweibeinige Roboter. Damit die angestrebte Steuerung effektiv aber zugleich auch simpel bleibt, habe man auf fortgeschrittene mathematische Theoreme gesetzt, erklärt Gregg, „um den Gangzyklus auf nur eine Variable zu reduzieren“.

Punkte im Gangzyklus lassen sich vorausahnen

Die ständige Aufgabe dieser Variable ist es nun, den jeweils aktuellen Punkt im Gangzyklus zu erkennen und den nächsten in Windeseile vorauszusehen. Somit kann das künstliche Bein schon im Voraus in die optimale Position gebracht werden.

Maschinen- und Biotechniker Robert Gregg entwickelt die intelligenten Steuerungen, die Trägern von Prothesen mehr Bewegungsfreiheit ermöglichen sollen. 

Maschinen- und Biotechniker Robert Gregg entwickelt die intelligenten Steuerungen, die Trägern von Prothesen mehr Bewegungsfreiheit ermöglichen sollen. 

Foto: University of Texas at Dallas

Praktische Tests mit drei amputierten Patienten brachten Klarheit. Auf dem Laufband bewies die intelligente Steuerung, dass sie sich in Windeseile und problemlos auf unangekündigte Geschwindigkeitserhöhungen einstellen kann. Auch die individuellen Anpassungen der Prothese dauerten vorab nicht lange: nur etwa eine Viertelstunde je Nutzer.

Fast so schnell unterwegs wie ein Nicht-Amputierter

Letztendlich erreichten die Probanden eine deutlich höhere Gehgeschwindigkeit als mit herkömmlichen motorisierten Beinprothesen. Mit über einem Meter pro Sekunde waren sie fast so schnell unterwegs wie gesunde Menschen. Die Gehbewegungen wurden zudem natürlicher und runder. Die Probanden berichteten außerdem, dass das Gehen mit den neuen Prothesen sie wesentlich weniger erschöpft habe als zuvor.

Der Prothetik ist es in den vergangenen Jahren zwar gelungen, immer leichtere und flexiblere Prothesen zu entwickeln, es mangelte jedoch häufig an der Intelligenz. Sich auf plötzliche Veränderungen des Untergrundes einzustellen, gelang den meisten motorisierten Prothesen bislang kaum. Auch das könnte sich bald ändern. 

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