8 spannende Sensorsysteme der Fraunhofer-Institute

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8. Aktive Arm-Orthese mit Mensch-Maschine-Interface

Wie lassen sich körpereigene Biosignale erfassen und weiterverarbeiten? Dazu hat in den letzten Jahren das Fraunhofer Institut IPA Konzepte der elektro-myographischen (EMG) Mensch-Maschine-Schnittstelle entwickelt. Mit diesen Konzepten konnte die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Messverfahren deutlich gesteigert werden. Das EMG-Signal wird dabei mit einem EMG-Sensor-Arrays redundant erfasst werden.

Der Rechenaufwand ist mit der Verarbeitung eines einzelnen Signals vergleichbar. Die dadurch erlangte Echtzeitfähigkeit erlaubt bei geringen Hardwareanforderungen eine gute Portierbarkeit auf eingebettete Systeme und Mikrocontrollerarchitekturren.

Die entwickelte Arm-Orthese ist mit einem aktiv angetriebenen Ellbogengelenk ausgestattet. Zur Kontrolle des Ellbogengelenks werden so genannte myoelektrische Signale verwendet, welche die elektrische Potenzialänderung bei der Kontraktion von Muskeln beschreiben. Dieses Signal kann an der Hautoberfläche von Sensoren erfasst und durch Signalverarbeitungstechniken zur Steuerung eines Geräts verwendet werden. Zielgruppe dieser Arm-Orthese sind Patienten, die durch Lähmung oder Muskelschwäche nicht mehr in der Lage sind, ihren Ellbogen aktiv zu nutzen.

Das Fraunhofer IPA arbeitete in der Vergangenheit schon im Bereich der Beinprothetik an der Verbesserung der Robustheit von myoelektrischen Signalerfassungs- und Kontrollsystemen. Entwickelt wurde ein neuartiges Sensor-Array-Konzept, das durch redundante Signalerfassung eine höhere Toleranz gegenüber der Verschiebung der Sensoren auf dem Muskel erlaubt, und eine intelligente Signalverarbeitung, die individuell an einen Patienten angepasst werden kann. Das entsprechende Antriebskonzept und die Integration der mechanischen Teile kommen ebenfalls vom Fraunhofer IPA und werden auch hier umgesetzt.

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