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Fraunhofer IPA Forschung für Robotik und Labortechnik

| Redakteur: Peter Reinhardt

Die Amputation eines Arms oder eines Beins ist schwer zu verkraften. Ähnlich traumatisch wirkt die Lähmung von Gliedmaßen. Um betroffenen Patienten Mobilität zurückzugeben, forscht das Fraunhofer-IPA an aktiven Prothesen und Orthesen. Weiterer Forschungsschwerpunkt: die Laborautomatisierung als Fortschrittsmotor für die Biotechnologie.

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Medizinische Robotik: Als eine Art Außenskelett kann diese aktiv angetriebene Arm-Orthese die Arbeit von Muskeln und Sehnen ganz übernehmen oder diese unterstützen.
Medizinische Robotik: Als eine Art Außenskelett kann diese aktiv angetriebene Arm-Orthese die Arbeit von Muskeln und Sehnen ganz übernehmen oder diese unterstützen.
(Bild: Fraunhofer IPA)

Das Fraunhofer IPA in Stuttgart forscht seit mehr als zehn Jahren auf dem Gebiet aktiver Prothesen und Orthesen. Im Mittelpunkt der Arbeit steht dabei der natürliche Bewegungsablauf. In einem eigens eingerichteten Labor wird erforscht, wie Menschen mit Handicap laufen und ihre Arme beim Heben, Tragen oder Arbeiten bewegen, und welche Kräfte dabei wirken. Mithilfe zahlreicher Messsysteme lassen sich individuelle Bewegungsanalysen erstellen. So ist es möglich, die Dynamik von Prothesen und Orthesen dem natürlichen Bewegungsbild anzupassen.

Angewandte Forschung für angetriebene Prothesen

Ergebnis dieser angewandten Forschung ist beispielsweise eine aktiv angetriebene Knieprothese, die fast natürliches Laufen ermöglicht. Sie ist besonders leicht, aber trotzdem stabil und leistungsfähig. Das Gehäuse aus faserverstärktem Kunststoff reduziert das Gewicht des gesamten Systems auf weniger als fünf Kilogramm. Das ist nicht mehr als bei einem gesunden Bein. Als Antrieb dient ein elektromechanisches System, das pneumatischen oder hydraulischen Antrieben hinsichtlich Kosten und Gewicht überlegen ist. Der 200-Watt-Motor ist stark genug für alle Kräfte, die beim üblichen Gehen im Knie auftreten.

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Eine Herausforderung ist die Elektronik: Sensoren erkennen in Echtzeit, in welchem Bewegungszustand sich das künstliche Bein gerade befindet. Noch komfortabler ist es, wenn die Prothese selbst erkennt, wie das Gelände beschaffen ist, über das ihr Träger gerade läuft. Dafür wurde ein patentiertes Terrain-Erfassungssystem entwickelt, das den Gang noch natürlicher macht und die Sicherheit erhöht.

Aktive Orthesen unterstützen Muskeln und Sehnen

Auch bei Lähmungen helfen „aktive Ersatzteile“. Als eine Art Außenskelett können aktive Orthesen die Arbeit von Muskeln und Sehnen übernehmen. Das Fraunhofer-IPA hat hierfür eine spezielle Ellenbogen-Orthese entwickelt. Während Prothesen für amputierte Arme bereits in unterschiedlichen Ausführungen erhältlich sind, ist eine solche Hilfe bislang einzigartig. Sie wird an Ober- und Unterarm geschnallt und entfaltet mit ihrem 40-Watt-Motor genug Kraft, um die meisten alltäglichen Arbeiten zu meistern. Ihr Gewicht von knapp anderthalb Kilogramm macht es dem Träger leicht, mit ihr umzugehen.

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