Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben ein weiches, pneumatisches Hand-Exoskelett entwickelt, das Menschen mit Lähmungen das Greifen wieder ermöglichen kann. Das sogenannte Soft-Hand-Exoskelett kombiniert intelligente Steuerung mit einer kostengünstigen Konstruktion und könnte künftig Betroffenen mit neurologischen Erkrankungen oder nach Unfällen mehr Selbstständigkeit im Alltag ermöglichen.
Das „Soft-Hand-Exoskelett“ ist mit Luftkissen ausgestattet, die über 13 Schläuche gezielt aufgepumpt werden. Dadurch lassen sich einzelne Finger beugen und strecken sowie das Handgelenk bewegen. So unterstützt das System genau jene Bewegungen, die notwendig sind, um beispielsweise ein Glas, einen Teller oder Besteck sicher zu greifen und festzuhalten.
Damit der Stoffhandschuh im richtigen Moment reagiert, messen Sensoren die Muskelaktivität im Unterarm. Mithilfe von Verfahren des Maschinellen Lernens erkennt das System sehr zuverlässig, wann eine Person greifen möchte. Zusätzliche Bewegungssensoren sorgen dafür, dass der Griff während einer Transportbewegung geschlossen bleibt. „Um zu verhindern, dass ein Gegenstand versehentlich fallen gelassen wird, erfassen wir mithilfe zusätzlicher Bewegungssensoren Transportbewegungen und halten den Griff des Exoskeletts währenddessen zuverlässig geschlossen“, erklärt Forscher Nicolas Berberich.
Nach Angaben der Forschenden erkennt das System die Greifabsicht mit einer Genauigkeit von 97 Prozent. Gleichzeitig überzeugt der Handschuh durch seine einfache und kostengünstige Herstellung. „Unsere Lösung ist auf zweierlei Weise intelligent“, erläutert Dr. John Nassour. „Einerseits haben wir eine zuverlässige Vorhersage für das Greifen entwickelt, die Intentionen aus Signalen mit 97-prozentiger Sicherheit ableitet. Andererseits haben wir mit unserem Handschuh eine Hardware entwickelt, die die beabsichtigten Bewegungen optimal unterstützt.“
Eine zentrale Rolle bei der Entwicklung spielte die Zusammenarbeit mit einem Patienten, der an amyotropher Lateralsklerose (ALS) erkrankt ist. Obwohl er seine Hände kaum noch bewegen konnte und lediglich das erste Daumenglied kontrollierte, erkannte das System seine Greifabsicht in neun von zehn Fällen. Mithilfe des Exoskeletts konnte er erstmals seit vier Jahren wieder eine Gabel halten sowie kleine Würfel greifen und gezielt ablegen. Bereits ein fünfminütiges Training mit einem Videospiel verbesserte seine Steuerung des Systems deutlich.
„Dieser Patient hat uns anhand einer der wohl schwerwiegendsten neurologischen Erkrankungen gezeigt, dass unser Soft-Hand-Exoskelett ihn unterstützen kann“, sagt Prof. Gordon Cheng, Leiter des Instituts für Kognitive Systeme. „Wir passen das Konzept nun auch für andere Betroffene wie Schlaganfallpatienten an.“
Auch der Neurologe Prof. Tobias Wächter vom Kooperationspartner Klinik Passauer Wolf sieht großes Potenzial in der Entwicklung: „Grundsätzlich kann dieser Handschuh allen Menschen helfen, die unter schlaffen Lähmungen leiden“, etwa nach Motorrad- oder Fahrradunfällen oder bei Polyneuropathie.