Adaptive Beinprothesen

Entwicklung von Konzepten zur Adaption des dynamischen Verhaltens von externen Beinprothesen

 

Hintergrund

Menschen mit Beinamputation wünschen sich einen adäquaten Ersatz für ihr verlorenes Körperteil, welches ihnen in unterschiedlichen Situationen einen natürlichen Gang erlaubt. Die Anwendung mechatronischer Ansätze in Beinprothesen führte in den letzten beiden Jahrzehnten zu einer Erweiterung des Funktionsspektrums und einem Komfortgewinn für die Nutzer. Dennoch besteht weiterhin großes Optimierungspotential für zukünftige Entwicklungen.

Herausforderungen und Potential

Dynamische Gangsituationen stellen eine große, bisher meist unüberwindbare Herausforderung für bisherige Prothesen dar.
Dynamische Gangsituationen stellen eine große, bisher meist unüberwindbare Herausforderung für bisherige Prothesen dar.

Während des Gehens ändert sich eine Vielzahl an Parametern. Beispielsweise werden verschiedenste einzelne Muskel oder Muskelgruppen aktiviert, welche die Kinematik und Gelenkstellungen im Bein und viele weitere Aspekte beeinflussen. Die technische Nachbildung hat sich bislang lediglich auf die zur Fortbewegung notwendige Mechanik beschränkt. In den letzten Jahren setzen sich immer mehr mechatronische gestützte Beinprothesenkomponenten durch, welche neuerdings autark Momente in den Gelenken generieren können, um den Nutzer gezielt zu unterstützen. Diese Systeme zielen hauptsächlich auf alltägliche Situationen, beispielsweise das Aufstehen, Treppen auf und ab steigen, sowie das normale Gehen ab.

Dynamische Gangsituationen hingegen, wie zum Beispiel dem schnellen Gehen über unebenen Untergrund, einem Richtungswechsel oder Stolpern, wurden in bisherigen Entwicklungen ehr vernachlässigt. Hier bietet sich das Potential, die Biomechanik gezielt auf Einflussparameter zu untersuchen, welche Auswirkungen auf den dynamischen Gang besitzen. Die Identifikation dieser Parameter und dessen Variationsmöglichkeit in künftigen Prothesen, bietet die Möglichkeit den Nutzer in dynamischen Situationen gezielt zu unterstützen und somit Komfort, Effizienz und Sicherheit zu steigern.

Adatpive Unterschenkelprothese mit variabler Rotationssteifigkeit und Fußanstellung
Adatpive Unterschenkelprothese mit variabler Rotationssteifigkeit und Fußanstellung

Projektziel und Lösungsansatz

Ziel des Forschungsprojektes ist eine Konzept- und Komponentenentwicklung mit der Fähigkeit Nutzer in dynamische Situationen Unterstützung und Sicherheit zu bieten. Hierzu bündeln das Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau und Blatchford Product Limited, UK (Prothesenhersteller) ihre Kompetenzen (s.u.).

Förderung

Dieses Projekt wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.

  • Kooperation IMS – Blatchford
  • Komponenten der Entwicklung