Tragbare Technologien Wie ein Roboterarm mit bionischen Muskeln den Tremor kontrolliert

Anbieter zum Thema

Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

FAULHABER Antriebssysteme

Codialist GmbH

Wissenschaftler haben einen biorobotischen Arm entwickelt, der den Tremor eines Patienten imitiert. Der Arm ist mit zwei Strängen künstlicher Muskeln ausgestattet, die durch kontrahieren und entspannen das Zittern ausgleichen. Der Roboterarm dient nicht nur als Plattform, um neue Exoskelett-Technologien auszuprobieren. Mit dem Arm können die Wissenschaftler außerdem testen, wie gut ihre künstlichen Muskeln eines Tages in tragbarer Geräte integriert werden könnten.

Schätzungen zufolge leben weltweit etwa 80 Millionen Menschen mit einem Tremor. Beispielsweise sind davon Parkinson Patienten betroffen. Die unwillkürlichen periodischen Bewegungen beeinträchtigen Betroffene, z. B. ein Glas zu halten oder einen Text zu schreiben. Tragbare weiche Exoskelette könnten eine praktische Lösung sein, um den Tremor zu unterdrücken. Die bestehenden Prototypen sind jedoch nicht ausgereift genug, um echte Abhilfe zu schaffen.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme (MPI-IS), der Universität Tübingen und der Universität Stuttgart wollen dies im Rahmen der Forschungskooperation Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (BITS) ändern. Das Team hat einen biorobotischen Arm mit zwei Strängen künstlicher Muskeln ausgestattet, die entlang des Unterarms befestigt sind. Wie im Video der Originalpublikation zu sehen ist, simuliert der biorobotische Arm – im Video als mechanischer Patient bezeichnet – ein Zittern. Mehrere echte Tremor-Bewegungen wurden aufgezeichnet und auf den künstlichen Arm projiziert. Dieser ahmt nach, wie der Patient sein Handgelenk und seine Hand schüttelt. Sobald die Tremor-Unterdrückung aktiviert wird, ziehen sich die leichten, elektrohydraulischen Aktoren – die künstlichen Muskeln – zusammen und entspannen sich auf eine Weise, die die Hin- und Herbewegung ausgleicht. Jetzt ist der Tremor kaum noch zu spüren oder zu sehen.

Roboterarm dient als Testplattform für Exoskelett-Technologien und künstliche Muskeln

Mit seinem Roboter-Arm möchte das Team zwei Ziele erreichen: Erstens sieht es seinen biorobotischen Arm als Plattform für andere Forschende auf dem Gebiet, um neue Exoskelett-Technologie zu testen. Anhand der biomechanischen Computersimulationen können Entwickler schnell überprüfen, wie gut ihre weichen Aktuatoren funktionieren. So können sie ohne zeitaufwändige und kostspielige klinische Tests an echten Patienten neue Technologien früh in der Entwicklung auf ihr Potenzial hin testen.

Zweitens dient der Arm als Testplattform für die künstlichen Muskeln, welche die Abteilung für Robotik-Materialien am MPI-IS entwickelt. Im Laufe der Jahre wurden diese so genannten Hasels immer weiter verbessert. Die Vision des Teams ist es, Hasels eines Tages in tragbare Exoskelette einzubauen – Kleidungsstücke, die Tremorpatienten bequem tragen können, um z. B. eine Kaffeetasse besser halten zu können.

„Wir sehen großes Potenzial, unsere künstlichen Muskeln eines Tages in ein Kleidungsstück einzunähen, das man diskret tragen kann und andere so nicht einmal merken, dass die Person an einem Tremor leidet“, sagt Alona Shagan Shomron, Postdoc in der Abteilung für Robotik-Materialien am MPI-IS und Erstautorin einer Forschungsarbeit, die am 6. März im Fachjournal Device veröffentlicht wurde. „Wir haben gezeigt, dass unsere künstlichen Muskeln, die auf der Hasel-Technologie basieren, schnell und stark genug sind, um viele verschiedene Tremor zu unterdrücken. Dies zeigt das große Potenzial eines tragbaren Hilfsgeräts auf Hasel-Basis für Menschen, die mit dieser Einschränkung leben“, fügt Shagan hinzu.

„Mit der Kombination aus mechanischem Patienten und biomechanischem Modell können wir messen, ob die getesteten künstlichen Muskeln gut genug sind, um alle, auch sehr starke, Tremor-Bewegungen zu unterdrücken. Wenn wir also jemals ein tragbares Gerät entwickeln würden, könnten wir es an jeden Tremor individuell anpassen“, fügt Daniel Häufle hinzu. Er ist Professor am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung an der Universität Tübingen. Er und sein Team haben u. a. die Computersimulation erstellt und die Tremor-Daten von Patienten gesammelt.

Mechanischer Patient ermöglicht klinische Test bereits in der frühen Phase

„Der mechanische Patient ermöglicht es uns, das Potenzial neuer Technologien bereits in einem sehr frühen Entwicklungsstadium zu testen, ohne dass teure und zeitaufwändige klinische Tests an echten Patienten notwendig sind“, sagt Syn Schmitt, Professor für Computational Biophysics and Biorobotics an der Universität Stuttgart. „Viele gute Ideen werden oft nicht weiterverfolgt wegen klinischer Tests, die in der frühen Phase der Technologieentwicklung nur schwer finanziert werden können. Unser mechanischer Patient löst dieses Problem. Mit ihm können wir das Potenzial neuer Technologien bereits in einem sehr frühen Stadium der Entwicklung testen.“

„Die Robotik zeigt großes Potenzial für Anwendungen im Gesundheitswesen. Dieses erfolgreiche Projekt unterstreicht die Schlüsselrolle, die weiche Robotersysteme, die auf flexiblen und verformbaren Materialien basieren, spielen werden“, sagt Christoph Keplinger, Direktor der Abteilung für Robotik-Materialien am MPI-IS.

Publikation

A. Shagan Shomron, C. Chase-Markopoulou, J. R. Walter, J. Sellhorn-Timm, Y. Shao, T. Nadler, A. Benson, I. Wochner, E. H. Rumley, I. Wurster, P. Klocke, D. Weiss, S. Schmitt, C. Keplinger*, D. Haeufle*, „ A robotic and virtual testing platform highlighting promise of soft wearable actuators for suppression of wrist tremor“, Device, 2025.

https://doi.org/10.1016/j.device.2025.100719

(ID:50384572)