Bionische KI-Unterschenkelprothese kommt biologischem Bein näher
Das Utah Bionic Leg kombiniert KI und fortschrittliche Mechanik miteinander und ermöglicht Menschen mit Unterschenkelamputationen ein natürliches Gehen.
(Bild: Utah COE)
Forschende der University of Utha haben mit dem Utah Bionic Leg eine motorisierte bionische Unterschenkelprothese entwickelt, die über ein Roboterkniegelenk, -fußgelenk und -zehengelenk verfügt. Sie kann sich mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) auf unterschiedliche Aktivitäten anpassen. Menschen mit Beinamputationen sollen dadurch wieder mehr Kraft zum Gehen, Aufstehen, Hinsetzen und Treppensteigen haben und damit mobiler als mit herkömmlichen Prothesen sein.
Prothese mit Köpfchen
Beim Gehen, Aufstehen, Hinsetzen und zum Treppen hoch- und runtersteigen belasten herkömmliche Unterschenkelprothesen den Oberkörper und das gesunde Bein stark. Denn bei diesen Aktivitäten müssen die Menschen die fehlende Kraft des geschädigten Beins ausgleichen. Um den Menschen die Aktivitäten zu vereinfachen und weniger anstrengend werden zu lassen, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Utah University in ihrem bionischen Bein verschiedene Sensoren, Prozessor, Motoren und KI-Algorithmen miteinander kombiniert. Das Bein passt dann sein eigenes Verhalten automatisch der Aktivität an, wie aus der Studie "A lightweight robotic leg prosthesis replicating the biomechanics of the knee, ankle, and toe joint" hervorgeht, die in Science Robotics veröffentlicht worden ist.
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"Wenn Sie schneller gehen, wird es für Sie schneller gehen und Ihnen mehr Energie geben. Oder es passt sich automatisch an die Höhe der Stufen einer Treppe an. Oder es kann Ihnen beim Überqueren von Hindernissen helfen", sagt Tommaso Lenzi, Professor für Maschinenbau an der University of Utah.
Das Utah Bionic Leg verfügt dazu über speziell für ihren Einsatzzweck entwickelte Sensoren, um Kraft, Drehmoment, Beschleunigung zu messen sowie ein Gyroskop. Mit den Sensoren kann die Beinposition im Raum bestimmt werden. Ein Computerprozessor steuert anhand der von einer KI interpretierten Sensordaten die Bewegungen der Prothesengelenke. Das geschieht in Echtzeit, sodass das System auf die unterschiedlichen Aktivitäten sofort reagieren kann. Entsprechend verhält es sich nahezu wie ein biologisches Bein. Dazu trägt bei, dass die Prothese zusätzlich zum Knie- und Fußgelenk über ein motorisch gesteuertes Zehengelenk verfügt. Das sorgt für einen stabileren und komfortableren Gang.
Die Technik ist bereits so weit fortgeschritten, dass sie Menschen in absehbarer Zeit in einer Unterschenkelprothese zur Verfügung steht. Mit dem international tätigen Prothesenhersteller Ottobock mit Sitz in Duderstadt haben Lenzi und die University of Utah eine Partnerschaft geschlossen. Ottobock wird das Utah Bionic Leg dann in Lizenz produzieren, sodass Menschen mit Unterschenkelamputationen mithilfe der Technik mobiler sein können.
(olb)