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Patent Sensorkonzept vereinfacht Prothesensteuerung

Redakteur: Kristin Breunig

Um Menschen zu helfen, die ihr Bein durch einen Unfall oder eine Krankheit verloren haben, entwickelt Ottobock künstliche Kniegelenke. Jetzt hat das Unternehmen ein Patent für eine einfachere Sensorik zur Steuerung von solchen Prothesen erhalten.

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Das C-Leg ist ein künstliches Kniegelenk für Menschen. Ottobock setzt bei der Steuerung auf Bewegungssensorik.
Das C-Leg ist ein künstliches Kniegelenk für Menschen. Ottobock setzt bei der Steuerung auf Bewegungssensorik.
(Bild: Ottobock)

Mit dem US-Patent US10945863 feiert Ottobock die jüngste Patenterteilung. Eineinhalb Jahre hat Entwicklungsingenieur Dirk Seifert mit seinem Forscher- und Entwickler-Team daran gearbeitet, das Sensor- und Steuerungskonzept zu vereinfachen. Eingesetzt wird es in künstlichen Kniegelenken und Beinprothesen wie dem C-Leg 4, in Orthesen wie C-Brace 2 und künftig vielleicht auch in Exoskeletten. Orthopädietechniker*innen müssen dadurch weniger Einzelteile stecken und verschrauben, was den Zusammenbau weniger fehleranfällig macht und den Aufwand reduziert. Anwender*innen können damit einfacher und natürlicher gehen.

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Neue Steuerung setzt auf Bewegungssensorik

Im Frühjahr 2021 wurde Ottobock das Patent erteilt. Das C-Leg ist ein künstliches Kniegelenk für Menschen, die ihr Bein bei einem Unfall oder durch eine Krankheit wie Krebs verloren haben. Ein Mikroprozessor macht aus den von Sensoren erfassten Informationen Steuerungsbefehle, die den Gang etwa auf Treppenstufen, ebene Straßen oder Steigungen wie Berge einstellen. Das Innovative an dem Basispatent für die vierte C-Leg-Generation: Die neue Steuerung setzt allein auf Bewegungsmessung. Zuvor wurde mit zahlreichen und verhältnismäßig teuren Kraftsensoren gemessen, wie stark eine Prothese belastet wird oder wie stark Biegemomente sind.

Bewegungssensorik, speziell Inertial-Measurement-Units, ist aus der Prothetik und Orthetik nicht mehr wegzudenken. Auch in Smartphones kommt sie zum Einsatz – z. B. für Activity-Tracker. „Bei Ottobock haben wir sehr früh auf diese Technologie gesetzt und es im C-Leg 4 das erste Mal geschafft, uns ausschließlich auf diese Bewegungssensorik zu verlassen“, sagt Dirk Seifert.

Diese kinematischen Sensoren erfassen an einem zentralen Punkt alle nötigen geometrischen Bewegungseigenschaften: Wie bewegt sich die Prothese im Raum? Wie bewegen sich Oberschenkel und Unterschenkel zueinander? Das verringert den Messaufwand, verbessert die Robustheit und macht die Prothese schlanker, indem weitere angeschraubte und gesteckte Sensoren wegfallen. Durch die detaillierten Bewegungsinformationen weiß das künstliche Gelenk genau, in welcher Gangphase und Aktivität es sich befindet. Geht man etwa auf weichem Waldboden, ist die Kraft-Messung weniger eindeutig, als etwa auf Asphalt. Diese Ungenauigkeit entfällt mit der ausschließlichen Nutzung kinematischer Messdaten. Weil die Träger*innen ihre Bewegungen leichter kontrollieren können, als die Kräfte, die auf ihre Prothese wirken, bedeutet die neue Sensorik für sie, leichter und natürlicher auf verschiedenen Untergründen gehen zu können.

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