Fühlen und Tasten mit einer bionischen Handprothese

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Nerven interpretieren übersetzte elektrische Signale

Dazu wurde die LifeHand 2 mit Sensoren ausgestattet, welche die Spannung in den künstlichen Sehnen messen. Ein Computer übersetzt dank ausgeklügelter Algorithmen die Messwerte in elektrische Signale, welche dann von den Nerven interpretiert werden können. Die Sensor-Signale der Kunsthand werden dann über implantierte Elektroden an den Mittelarmnerv, dem Nervus Medianus, und den Ellennerv, dem Nervus Ulnaris, weitergegeben und ans Gehirn geleitet. Trotz der gesamten Technik bleiben Größe und Gewicht der Prothese mit denen einer natürlichen Hand vergleichbar.

Dazu trägt auch die eingesetzte Antriebslösung durch ihre kompakten Abmessungen und ihre hohe Leistungsdichte entscheidend bei. Treibende Kraft der bionischen Handprothese sind edelmetallkommutierte DC-Kleinstmotoren von Faulhaber. Mit einem Motordurchmesser von 13 mm und einer Motorlänge von 31 mm sind die Motoren kompakt und wiegen 19 g. Von herkömmlichen Ausführungen unterscheiden sie sich hauptsächlich durch den Rotor. Dieser ist nicht auf einen Eisenkern gewickelt, sondern besteht aus einer freitragenden, in Schrägwicklung hergestellten Kupferspule.

Der leichte Rotor überzeugt durch ein geringes Trägheitsmoment und rastmomentfreien Lauf, was wiederum der Dynamik zugutekommt. Bei Motoren mit kleiner Leistung haben sich die Edelmetall-Kommutierungssysteme zudem wegen ihres geringen Übergangswiderstands bestens bewährt. Außerdem benötigen sie nur sehr geringe Anlaufspannungen und sind gegenüber Spannungsschwankungen tolerant. Die lineare Charakteristik der Motoren vereinfacht außerdem die Regelung.

DC-Kleinstmotoren lassen sich individuell anpassen

Von den Eigenschaften profitieren nicht nur die bionischen Handprothesen. Die Kleinstmotoren stehen mit Durchmessern von 6 bis 22 mm zur Verfügung und werden ergänzt durch eine umfangreiche Auswahl an Standardkomponenten wie hochauflösenden Encodern, Präzisionsgetrieben und Steuerungen. Für besondere Anforderungen lassen sie sich zudem modifizieren.

Zu den häufigsten Anpassungen gehören beispielsweise Vakuumtauglichkeit, Erweiterung des Temperaturbereichs, modifizierte Wellen, andere Spannungstypen sowie kundenspezifische Anschlüsse oder Stecker. Dementsprechend breit gefächert ist das Anwendungsspektrum; es reicht von der Medizin- und Kameratechnik sowie Robotik bis hin zu beliebigen Automatisierungsaufgaben und eben auch der Bionik.

Die ersten klinischen Studien der bionischen Handprothese haben die Erwartungen der Entwickler weit übertroffen. Dennoch werden bis zu einer breiten Anwendung der LifeHand 2 noch Jahre vergehen. Überprüft werden muss beispielsweise noch genau, ob die Elektroden langfristig im Körper verbleiben können, ohne die Nerven zu schädigen. Die Forscher sind zuversichtlich. In absehbarer Zeit könnte die Technologie klinisch verfügbar sein und vielen Betroffenen helfen. Dazu haben dann auch DC-Kleinstantriebe beigetragen.

* Andreas Seegen ist bei Faulhaber für das Marketing verantwortlich. Ellen-Christine Reiff arbeitet als technische Redakteurin in einem Redaktionsbüro in Stutensee.

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