Biosignale Prothese erkennt individuelle Bedürfnisse

Moderne robotische Hände mit biomedizinischer Technologie machen es für Patienten möglich, Dinge zu greifen oder eine Telefonnummer zu tippen. Fortschrittliche robotische Prothesen sind im Hinblick auf Komfort, Funktion und Kontrolle jedoch noch nicht optimal ausgereift. Ein Team der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg erforscht, wie so genannte intelligente Prothesen weiter verbessert und zuverlässiger gemacht werden können.

Das EU-Horizon-Projekt „AI-Powered Manipulation System for Advanced Robotic Service, Manufacturing and Prosthetics (IntelliMan)“ befasst sich damit, wie intelligente Prothesen noch effektiver und zielgerichteter mit ihrer Umwelt interagieren können. So soll die Prothese mithilfe interaktiver künstlicher Intelligenz (KI) lernen, den menschlichen Willen genauer zu erkennen, ihre Umwelt zu registrieren – und sich dabei ständig weiterentwickeln.

„Wir arbeiten buchstäblich an der Schnittstelle von Mensch und Maschine“, erklärt Prof. Dr. Claudio Castellini, Professur für Medizinrobotik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). „Prothesen für die oberen Gliedmaßen haben sich in den letzten Jahrzehnten technologisch stark weiterentwickelt.“ Mithilfe der Oberflächen-Elektromyographie etwa können Haut-Elektroden am verbliebenen Armstumpf feinste Muskelregungen erfassen.

Diese Biosignale können konvertiert und als elektrische Impulse auf die Prothese übertragen werden. „Der Träger oder die Trägerin steuert die Handprothese also selbstständig mit dem Armstumpf. Durch Methoden der Mustererkennung und des interaktiven maschinellen Lernens kann der Mensch der Prothese zudem seine individuellen Bedürfnisse beim Ausführen einer Geste oder einer Bewegung beibringen.“

KI erkennt individuelle Bewegungsmuster

Die Forschenden der FAU ergründen im Projekt Intelliman insbesondere, wie reale, aber auch virtuelle Prothesen der oberen Gliedmaßen besser kontrolliert werden können. Fokus ist die so genannte „Intent Detection“, auf Deutsch Absichtserkennung.

Prof. Castellini und sein Team entwickeln dazu die Erfassung und Analyse der menschlichen Biosignale weiter und entwerfen innovative Algorithmen des maschinellen Lernens, um individuelle Bewegungsmuster einer Person auszumachen. Ihre Ergebnisse validieren sie in Nutzerstudien an Probanden mit und ohne körperliche Einschränkungen.

Außerdem leitet das FAU-Team den Bereich „Shared Autonomy between humans and robots“ des EU-Projekts, dessen Ziel es ist, die Ergebnisse im Hinblick auf die Sicherheit zu prüfen.

Neben Castellini ist Doktorand Fabio Egle, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur, maßgeblich an Intelliman beteiligt.

Förderung des Projekts

Der FAU-Anteil des EU-Projekts wird über eine Zeit von dreieinhalb Jahren mit 467.000 Euro gefördert, das Gesamtbudget liegt bei 6 Millionen Euro. Koordiniert von der Universität von Bologna, sind an „Intelliman“ u. a. auch das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die Polytechnische Universität von Katalonien, die Universität Genua, die Universität Luigi Vanvitelli in Kampanien sowie die Bayerische Forschungsallianz (BayFOR) beteiligt.

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