Motorlose Fußprothese ahmt menschlichen Fuß nach
Fußprothesen sind meist unflexibel, was kein natürliches Laufen zulässt. Italienische Forscher haben eine Prothese entwickelt, die sich dem Untergrund anpasst.
Die Fußprothese passt sich jeder Form des Untergrunds automatisch an.
(Bild: IIT)
Wissenschaftler des Instituto Italiano de Tecnologia (IIT) im italienischen Genua haben einen motorlosen, flexiblen, wasserdichten Prothesenfuß entwickelt, der der Anatomie des menschlichen Fußes nachempfunden ist und sich an unterschiedliche Untergründe anpassen kann. Das geschieht komplett ohne jegliche Steuerung. Die als SoftFoot Pro bezeichnete Prothese eignet sich vor allem für Menschen mit Gliedmaßenverlust, könnte jedoch auch die Fortbewegung von Robotern positiv beeinflussen.
"Was Prothesen und die heutigen humanoiden Roboter gemeinsam haben, ist die Eigenschaft, flache oder wenig nachgiebige Füße zu haben, die entwickelt wurden, um maximale Stabilität zu gewährleisten, aber nicht in der Lage sind, sich an Veränderungen der Geländekontur, des Gefälles und an verschiedene Positionen wie Knien oder Beugen anzupassen", erklärt Manuel G. Catalano, Forscher im Soft Robotics for Human Cooperation and Rehabilitation Lab am IIT den Ansatz der Fußprothese.
Nachahmung des menschlichen Fußes
Der SoftFoot Pro wiegt rund 450 g und ist mit einem Gewicht von bis zu 100 kg belastbar. Zwei Füße schaffen entsprechend 200 kg, womit sie sich auch für schwergewichtige Menschen und für humanoide Roboter eignen. Der künstliche Fuß umfasst einen beweglichen Gewölbemechanismus aus Titan, dessen Enden durch fünf parallel angeordnete, hochfeste Kunststoffketten miteinander verbunden sind. Sie simulieren die Plantarfaszie des menschlichen Fußes.
Die Kette wird in Längsrichtung von einem 210 mm langen, mechanisch nicht dehnbaren Hochleistungskabel durchzogen, das mit der Ferse verbunden ist. Die einzelnen Module der Kette sind mit Verbindungsgliedern aus einem Elastomer verbunden.
Zusammen ahmen das Fußgewölbesystem und die elastischen Ketten künstlich den menschlichen Fuß nach, der aus Fußwurzel, Mittelfuß und Zehengliedern besteht. Der Aufbau des künstlichen Fußes bildet den sogenannten Windlass-Mechanismus nach. Der versteift beim Gehen die Plantarfaszie und verteilt die auf den Boden wirkende Kraft gleichmäßig. Dadurch können Träger eines solchen Prothesenfußes Hindernisse effizienter überwinden. Der Vorwärtsdrang sowie die Energieeffizienz werden so verbessert, versprechen die Forscher. Zugleich passt sich der Fuß dem Untergrund selbstständig an. So kann die Fußprothese etwa 10 bis 50 Prozent der auftretenden Aufprallkraft absorbieren.
Die Anpassungsfähigkeit des Fußes ermöglicht auch eine natürlichere Fortbewegung und stabilisiert den Gang des Trägers. Hinzu kommt, dass sich die Prothese an Bewegungen im Alltag, wie etwa beim Hinknien und Zubinden eines Schuhs oder beim Aufheben von Gegenständen anpasst. Auch das Treppensteigen werde dadurch erleichtert, heißt es von dem Forschungsteam.
Der künstliche Fuß ist wasserdicht, kann also bei Outdoor-Aktivitäten verwendet werden. Er eigne sich deshalb für den Einsatz im Freien auf Wiesen, an Stränden und auf rutschigem Untergrund.
Tests mit Menschen und Robotern
Unabhängige Tests an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) sowie der Medizinischen Universität Wien hätten bei Menschen mit einseitig amputierten unteren Gliedmaßen eine gute Wirksamkeit ergeben. Zudem fanden Tests an Robotern statt. Die Eidgenössisch Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich) probierte sie an dem vierbeinigen Roboter Anymal aus, die University of Tokyo an dem humanoiden Roboter HRP-4.
Lesen Sie auch
Roboterbeinprothese hilft beim Halten des Gleichgewichts
(olb)