Gesundheit

Diese Beinprothese mit Aktuator arbeitet fast wie ein echtes Bein

von Paul Bandelin

Eine Beinprothese der Uni Nashville reagiert auf den jeweiligen Untergrund – dank Aktuator. Mit ähnlicher Technik arbeitet auch ein Exoskelett für Gelähmte.

Ein Männliches Bein und eine Beinprothese.
Mit einer neuen Beinprothese will die Vanderbilt University das Laufen erleichtern. Foto: Shutterstock / Tobias Arhelger

Das erfahren Sie gleich:

  • Wie eine Beinprothese die Bewegung des echten Knöchels imitiert
  • Wie ein Aktuator dabei für Stabilität sorgt
  • Wie ein Exoskelett mit dieser Technik gelähmte Menschen wieder laufen lässt

Für Menschen mit Prothese ist der Alltag eine ständige Herausforderung: Stufen und Kurven sind schwer zu manövrieren. Am Mechanical Engineering Laboratory an der Vanderbilt University in Nashville ist es jetzt erstmals gelungen, eine Prothese zu entwerfen, die sich dem jeweiligen Untergrund anpasst. Zudem adaptiert sie die Gangart des Trägers, um die Bewegung der Prothese für ihn zu optimieren.

Für den menschlichen Knöchel, egal ob gesund oder krank, ist Gehen eine große Beanspruchung. Zum einen muss er die Zehen heben, um nicht über den Boden zu schlurfen. Zum anderen ist es seine Aufgabe, die Neigung des Fußes beim Aufsetzen auf den Untergrund zu minimieren. Darüber hinaus muss er noch das restliche Körpergewicht so justieren, dass der Mensch bei jedem Schritt im Gleichgewicht bleibt.

Dieses Gerät passt sich in erster Linie an das an, was es umgibt.

Michael Goldfarb, Entwickler

Unter der Leitung des Chef-Ingenieurs Michael Goldfarb entstand eine Prothese, die die Bewegung eines realen Knöchels imitieren kann. Was derzeit noch ein Prototyp ist, soll in den nächsten Jahren in Serie gehen.

Beinprothese mit Aktuator sorgt nicht nur für Stabilität

Während herkömmliche Prothesen Schocks lediglich passiv absolvieren, geht Goldfarbs Modell einen Schritt weiter. Im Inneren des Fußgelenks befindet sich ein von einem Chip kontrollierter Aktuator, der die ausgeführte Bewegung fühlt und klassifiziert.

Betroffene können auf Steigungen, Gefälle, die Treppen hoch und herunter gehen. Das Gerät funktioniert wie es soll und berechnet, was die Prothese tut.

Michael Goldfarb

Hat er die Information verarbeitet, legt er fest, wie der nächste Schritt auszusehen hat. Zudem verleiht er dem Bein mehr Stabilität – auch in unebenem Terrain. Das derzeit größte Problem ist, dass sich die Prothese noch in der Weiterentwicklung befindet und sich vorerst nur im Labor nutzen lässt.

Das hängt auch mit der Stromversorgung zusammen. Die vielen Kabel machen eine Nutzung in der Natur momentan noch unmöglich. Erste Tests mit menschlichen Probanden liefen aber erfolgreich ab. Die Testpersonen stellten positiv heraus, wie wenig klobig das Gerät ist und dass es einen signifikanten Unterschied zu ihren früheren Modellen gab – besonders im Gleichgewichtsgefühl.

Exoskelett umgeht Lähmung der Beine

Die Prothese ist für Ingenieure bislang als großer Erfolg zu werten. Goldfarb und seine Kollegen gehen aber noch einen Schritt weiter und bringen derzeit hüftabwärts gelähmten Menschen das Laufen wieder bei: Eine Art mechanisches Exoskelett für die Beine macht es möglich. Menschen, die eigentlich an den Rollstuhl gefesselt sind, können sich mit dessen Hilfe wieder eigenständig bewegen – wenn auch nur sehr langsam.

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Die Gerätschaft wird um die Beine des Bedürftigen angebracht und reicht hoch bis zur Hüfte. Dort umfasst sie diese mit einer Art Gürtel, um Halt zu finden. Am unteren Ende der Vorrichtung befindet sich eine etwa 25 Zentimeter lange horizontale Metallplatte. Zwischen Fuß und Sohle angebracht, löst sie eine Bewegung aus, indem sie die Füße des Nutzers anhebt und weiter oben mechanisch die Knie eingedrückt werden.

Zwar benötigt der Anwender noch einen Rollator, um das Gleichgewicht zu halten, trotzdem kann er sich eigenständig fortbewegen. Und auch wenn Prothesen und andere Gehhilfen weiter Fortschritte machen und immer personalisierter werden, sind sie noch nicht auf dem Niveau von gesunden menschlichen Beinen – kommen diesem aber immer näher.

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