Intelligente Orthesen Wie Elektronik die Hand zurückgibt

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160 Gramm Gewicht, 98 Prozent Wirkungsgrad und ein MOPP-Patientenschutz: Die motorisierte Handorthese Motionmate zeigt, wie die Synergie aus Start-up-Spirit und Bauteile-Expertise die Medizintechnik neu definiert.

Weltweit leben mehr als 100 Mio. Menschen mit eingeschränkter Handfunktion. Allein in Deutschland sind rund 550.000 Personen betroffen. Ob Schlaganfall, Unfall oder degenerative neurologische Erkrankung, die Folgen daraus sind gravierend: Alltägliche Handgriffe wie das Greifen eines Glases oder das Halten einer Zahnbürste werden zu unüberwindbaren Hürden.

Auf der Digital Life Design (DLD) Konferenz 2026 in München wurde die motorisierte Handorthese „Motionmate“ vorgestellt. Entwickelt wurde das System vom Mannheimer Start-up Powered Orthotics in enger Kooperation mit Würth Elektronik. Das Projekt folgt dem sogenannten Creating-Together-Prinzip, mit dem Würth Elektronik gezielt Entwicklungen mit hohem gesellschaftlichem Nutzen fördert. Wissenschaftlich begleitet wird die Entwicklung von Prof. Dr. Lorenzo Masia, Inhaber des Lehrstuhls für Intelligent Bio-Robotic Systems an der TU München.

Fokus auf Ergonomie und Leichtbau

Ryan Alicea, Mitgründer und technischer Direktor von Powered Orthotics, beschreibt die Motivation hinter der Entwicklung: „Bisherige Entwicklungen sind oft massiv, unhandlich und zudem auf sehr spezifische Nutzerprofile begrenzt. Unser Ziel war es, die soziale und emotionale Dimension wiedergewonnener Selbstständigkeit in den Fokus zu rücken.“ Motionmate ist laut Hersteller die leichteste Handorthese am Markt, die sowohl das aktive Öffnen als auch das Schließen der Hand ermöglicht. Die Unterstützungskraft wird mit bis zu drei Kilogramm angegeben.

Das Funktionsprinzip folgt dem biologischen Vorbild der menschlichen Hand: Gleich einem künstlichen Sehnensystem übernehmen Elektromotoren und Seilzüge die Kraftübertragung. Die Orthese selbst wird wie ein an der Handfläche offener Handschuh getragen und wiegt 160 g. Batterien und Servomotoren sind in einer separaten Gürteltasche mit einem Gewicht von 650 g untergebracht. Diese konstruktive Trennung erweist sich als entscheidend für Tragekomfort und Akzeptanz.

Konfigurierbarkeit als Designprinzip

Ein wesentliches Unterscheidungsmerkmal bildet nach den Worten Aliceas die hohe Konfigurierbarkeit des Systems: „Wir haben Produkt von Grund auf so entwickelt, dass es sich an den Nutzer anpasst und nicht umgekehrt.“ Ein standardisiertes Größensystem ermögliche die individuelle Anpassung am Point of Sale statt in der Vorfertigung. „Das senkt Kosten und die Entwicklung wird für einen breiteren Nutzerkreis zugänglich“, erläuterte der Gründer.

Die Steuerung erfolgt über multiple Eingabekanäle. Je nach Ausprägung der Einschränkung können Bewegungssignale des Nutzers erfasst werden. Das kann beispielsweise von Hand, Arm oder Schulter sein. Ein via Bluetooth gekoppeltes Steuerungselement lässt sich an verschiedenen Körperstellen befestigen. Darüber hinaus stehen eine Smartphone-App und Sprachsteuerung zur Verfügung. Das gesamte System wurde von Beginn an mit Blick auf die Erstattungsfähigkeit durch Krankenversicherungen konzipiert.

Das Design des Energiemanagements

Die größte technische Herausforderung bei der Entwicklung der Motionmate-Orthese war die Stromversorgung. Wie Alexander Gerfer, CTO beim Entwicklungspartner Würth Elektronik eiSos, betont, steht die Energieversorgung bei körpernah getragenen Medizinprodukten vor einer echten Bewährungsprobe: Da jedes Prozent Verlustleistung in Form von Wärme abgegeben wird, was regulatorisch kaum tolerierbar ist, und jedes Gramm Gewicht unmittelbar über die Akzeptanz beim Patienten entscheidet, müssen Sicherheitsnormen und Energieeffizienz von Beginn an als untrennbare Einheit betrachtet werden. Ohne diesen ganzheitlichen Ansatz drohen im späteren Projektverlauf kritische und kostspielige Redesigns.

Die Designverantwortung für das Herzstück der Versorgung, den Transformator, lag bei Guillermo Regidor. Als Design Engineer bei Würth Elektronik ist er auf kundenspezifische Magnetkomponenten spezialisiert und stand vor der Aufgabe, ein kompaktes und effizientes System zu entwickeln, das zudem die strengen Sicherheitsvorgaben der Schutzklassen IEC 60601-1 und 1 MOPP (Means of Patient Protection) vereint. Trotz Komplexität schritt das Projekt schnell voran. Als das Start-up Powered Orthotics mit einem sehr straffen Zeitplan von nur vier bis fünf Wochen an Würth Elektronik herantrat, konnte bereits nach zwei Tagen der erste funktionsfähige Prototyp des Wandlers präsentiert werden. Die anschließende ingenieurtechnische Feinabstimmung widmete sich primär der Identifikation des optimalen Betriebspunkts. Es galt es, die Balance zwischen dem dynamischen Normalmodus während einer Handbewegung und einem hocheffizienten Ruhemodus zu finden, um eine maximale Akkulaufzeit bei voller Funktionalität im Alltag zu gewährleisten.

Sicherheitsanforderungen der Norm IEC 60601-1

Da die Orthese unmittelbar am Körper getragen wird, muss die Elektronik die strengen Sicherheitsanforderungen der Norm IEC 60601-1 für medizinische elektrische Geräte erfüllen. Im Fokus steht dabei die Einhaltung des 1-MOPP-Standards (Means of Patient Protection) zum Schutz des Anwenders. Die technische Spezifikation definierte einen Flyback-Transformator mit einem Eingangsbereich von 12 bis 15 V, einer Ausgangsspannung von 12 V und einem Nennstrom von 1,5 A.

Eine umfassende Marktrecherche ergab jedoch, dass kein verfügbares Standardbauteil sämtliche Anforderungen in puncto Baugröße, Effizienz und Isolation gleichzeitig erfüllen konnte. Würth Elektronik schloss diese Lücke durch eine maßgeschneiderte Neuentwicklung: Der resultierende Sperrwandler-Transformator vereint extreme Kompaktheit mit hoher Leistungsfähigkeit. Bei Abmessungen von 21,5 mm x 29 mm x 12 mm und einem Gewicht von 11,2 g erreicht das Bauteil einen Wirkungsgrad von 98 Prozent. Ein erweiterter Eingangsspannungsbereich von 9 bis 20 V sorgt zudem für ein flexibles Schaltungsdesign. Die Isolation wurde konsequent auf den 1-MOPP-Standard ausgelegt, was eine Durchschlagfestigkeit von mindestens 1.500 V sowie eine Kriechstrecke von 4 mm gemäß EN 60601 garantiert.

Die Validierung des neuen Transformators erfolgte in den Labors von Würth Elektronik. Um die mechanischen Belastungen im täglichen Einsatz realitätsnah abzubilden, durchlief das Bauteil umfangreiche Qualifikationstests, darunter gezielte Stoß- und Vibrationsprüfungen. Temperaturwechseltests stellten zudem die Zuverlässigkeit über das gesamte Betriebsspektrum sicher.

Ein wesentlicher Aspekt für die wirtschaftliche Tragfähigkeit des Projekts ist die Serientauglichkeit: Der Transformator wurde von Beginn an für die automatisierte Massenfertigung konzipiert. Das ermöglicht eine flexible Produktion an globalen Standorten in Deutschland, den USA oder Asien. Langfristig plant Würth Elektronik, diesen spezialisierten Wandler als Standardbauteil in das globale Portfolio aufzunehmen, um die Lösung auch anderen Medizintechnik-Entwicklern zugänglich zu machen.

Frühe Design-Reviews bringen Skalierbarkeit

Abschließend unterstreicht Alexander Gerfer die strategische Bedeutung frühzeitiger Design-Reviews, insbesondere bei Hardware-Start-ups: „Während die Branche intensiv über Algorithmen und Prozessoren diskutiert, wird die Energieversorgung oft unterschätzt. Doch wenn diese nicht bereits in der Konzeptphase ganzheitlich mitgedacht wird, scheitert selbst das innovativste Produkt an der Zertifizierung. Unsere Rolle als Technologie-Enabler beginnt deshalb idealerweise bereits beim ersten Schaltungsentwurf.“

Dieser systemische Ansatz zeigt sich bei der Motionmate-Orthese nicht nur im maßgeschneiderten Transformator: Das System integriert eine Vielzahl weiterer Standardkomponenten von Würth Elektronik. Das beginnt auf der Hauptsteuerplatine als auch in der direkt in den Handschuh eingebetteten Elektronik und dem drahtlosen Steuerungstaster. Den entscheidenden Schritt vom Prototyp zur Marktreife markiert schließlich die Zusammenarbeit mit dem Fertigungspartner Elbe Electronic, der für die Serienproduktion der Orthese verantwortlich zeichnet. Das Projekt beweist eindrucksvoll, wie durch die enge Verzahnung von Start-up-Agilität, wissenschaftlicher Begleitung und tiefem Bauteile-Know-how medizintechnische Lösungen entstehen, die die Lebensqualität vieler Menschen nachhaltig verbessern können.

Maschinelles Lernen wird nächste Evolutionsstufe

Bereits in der aktuellen Version nutzt Motionmate ein kompaktes Machine-Learning-Modell, das via Smartphone-App für die Sprach- und Befehlserkennung zuständig ist. Die langfristige Vision von Ryan Alicea geht jedoch entscheidend weiter: „Künftig soll die gesamte KI-Verarbeitung offline direkt auf dem Gerät erfolgen.“ Die Verlagerung der Inferenz auf den eingebetteten Prozessor der Steuereinheit (Edge AI) würde nicht nur die Latenz minimieren, sondern auch die Datensouveränität der Patienten sicherstellen.

Zudem eröffnen adaptive Algorithmen neue Möglichkeiten in der Therapie: Das System könnte individuelle Griffmuster im Zeitverlauf erlernen und die Motorsteuerung dynamisch an die Fortschritte im Rehabilitationsprozess anpassen. Diese technologische Evolution unterstreicht, warum das Energiemanagement eine so kritische Rolle spielt: Die zusätzliche Rechenleistung für On-Device-KI erhöht die Anforderungen an die Energieversorgung massiv. Dies macht hocheffiziente Komponenten, wie den von Würth Elektronik entwickelten Transformator, zur unverzichtbaren Basis für künftige Funktionserweiterungen.

Validierung und disruptive Preisgestaltung

Im Anschluss an die erfolgreiche Prototyping-Phase werden nun 15 weitere Einheiten gefertigt, die von Patienten mit motorischen Einschränkungen im realen Alltag erprobt werden. Diese Validierungsphase bereitet den Weg für den Serienstart, der im Mai 2026 gestartet ist. Neben der technischen Entwicklung strebt das Projekt auch eine wirtschaftliche Disruption an: Während marktübliche aktive Handorthesen derzeit zwischen 40.000 und 60.000 US-Dollar kosten, soll sich der Preis für die Motionmate im Bereich von 10.000 bis 15.000 Euro bewegen. Damit sinken die Anschaffungskosten auf etwa ein Viertel des bisherigen Preisniveaus und damit ein entscheidender Faktor, um diese Technologie für die breite Masse der weltweit über 100 Mio. Betroffenen zugänglich zu machen. (heh)

Medizintechnik-Wearables und die IEC 60601-1

„Das Energiemanagement fällt bei Start-ups oft zu schnell aus dem Fokus“

* Alexander Deindl ist freier Autor.

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