Innovation bringt echtes Gefühl in künstliche Hand

In Europa werden immer mehr bahnbrechende Techniken zur Anfertigung von künstlichen Gliedmaßen entwickelt, und das Projekt SMARTHAND ("The smart bio-adaptive hand prosthesis") zeigt sich dieser Herausforderung gewachsen. Das unter dem Themenbereich "Nanotechnologien und Nanowi...

In Europa werden immer mehr bahnbrechende Techniken zur Anfertigung von künstlichen Gliedmaßen entwickelt, und das Projekt SMARTHAND ("The smart bio-adaptive hand prosthesis") zeigt sich dieser Herausforderung gewachsen. Das unter dem Themenbereich "Nanotechnologien und Nanowissenschaften, wissensbasierte multifunktionale Werkstoffe und neue Produktionsverfahren" (NMP) des Sechsten Rahmenprogramms (RP6) der EU geförderte SMARTHAND-Projekt hat hoch moderne Forschung aus verschiedenen Technologiebereichen mit kognitiver Neurowissenschaft kombiniert. Dabei wurde eine künstliche Hand mit den Grundmerkmalen einer echten Menschenhand entwickelt, die Handamputierten helfen wird, Gefühl zurückzugewinnen. SMARTHAND wurde insgesamt mit 1,8 Mio. EUR finanziert.

Das Einzigartige an dem von den SMARTHAND-Partnern entwickelten, ausgeklügelten Prototypen der künstlichen Hand ist nicht etwa seine Fähigkeit, die Bewegungen einer echten Hand nachzuahmen, sondern dass er dem Benutzer Tastsinn und Gefühl gibt. Die Forscher erklärten, dass die Hand aus 4 Elektromotoren und 40 Sensoren besteht, die beim Drücken gegen ein Objekt aktiviert werden. Diese Sensoren stimulieren die Nerven in den Armen, die ihrerseits einen Bereich im Gehirn aktivieren, der Patienten das Fühlen der Objekte ermöglicht.

Der schwedische Handamputierte Robin af Ekenstam staunte über das Resultat. Durch einen aggressiven Tumor an seinem rechten Handgelenk musste af Ekenstams Hand amputiert werden, um sein Leben zu retten und zu verhindern, dass sich der Krebs im Rest seines Körpers ausbreitet. Nun trägt er einen elektronischen Haken. Das Problem bei diesem Gerät ist jedoch, dass er nicht fühlen kann, was der Haken macht, und die Handhabungsmöglichkeiten bleiben auf ein Minimum beschränkt.

"Ich verwende Muskeln, die ich jahrelang nicht genutzt habe", zitierte der Fernsehnachrichtensender Euronews Herrn af Ekenstam, der als erster Amputierter die Hand ausprobiert hat. "Es ist sehr schwierig. Aber wenn man eine Bewegung kontrollieren kann, ist es super. So ein Gefühl habe ich schon lange nicht mehr gehabt. Und jetzt bekomme ich auch wieder Tastgefühl durch kleine Motoren, die Druck auf bestimmte Punkte an meiner Hand ausüben", berichtete er. "Wenn ich etwas hartesHartes anpacke, kann ich es in den Fingerspitzen fühlen, was komisch ist, weil ich ja keine mehr habe. Es ist erstaunlich."

Unter Leitung der Universität Lund in Schweden arbeiten die Forscher weiter am sensorischen Rückmeldesystem in der Robotik-Hand. Ihnen bleibt noch das Problem der Verkleinerung der Kabel und Elektromotoren zu lösen. Mithilfe der Nanotechnologie könnten diese Probleme eventuell gelöst werden. Genauer gesagt würden die Wissenschaftler eine winzige Prozessoreinheit, eine Spannungsquelle und eine durch die Haut hindurch funktionierende Kommunikationsmethode in den Benutzer der Hand implantieren, um die Funktionalität zu optimieren.

Dr. Göran Lundborg, Spezialist für die Vorgänge im Gehirn zur Handbewegungssteuerung, berichtete Euronews: "Wir wissen, dass wir durch das Anbringen von Drucksensoren auf den Fingern der künstlichen Hand dieses Drucksignal in spezifische Bereiche in der Haut der Resthand verlagern können."

"Und wenn die richtigen Stellen zur Stimulierung gefunden werden, wissen wir, dass auch die richtigen Bereiche der Hirnrinde aktiviert werden. Anders ausgedrückt: Wenn man Druck auf den Zeigefinger der künstlichen Hand ausübt, wird der Zeigefingerbereich im Gehirn aktiviert."

Professor Fredrik Sebelius von der Abteilung für elektrische Messungen an der Universität Lund erklärte: "Die neurale Schnittstelle der Zukunft könnte im Arm implantiert werden, die dann wiederum mit der peripheren Schnittstelle verbunden werden könnte."

SMARTHAND-Mitkoordinator Professor Sebelius fügte hinzu: "Die interne Schnittstelle könnte dann Signale empfangen und messen, die direkt vom Gehirn kommen, und gleichzeitig sensorische Signale an das Gehirn senden. Sie würde die Signale als Funkwellen an die externe Prothese übertragen, die dann gesteuert sein und Gefühl registrieren würde."

Die SMARTHAND-Partner sind ARTS Lab, Scuola Superiore Sant'Anna (Italien), Universität Aalborg (Dänemark), Universität Tel Aviv (Israel), Tyndall Institute (Irland), Ossur (Island) und SciTech Link HB (Schweden).