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Forschung Handschuh bringt Greiffunktion zurück

Von Susanne Ehneß 2 min Lesedauer

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Ein pneumatischer Handschuh, der mithilfe von elektrischen Signalen aus der Unterarmmuskulatur und maschinellem Lernen gesteuert wird: Das „Soft-Hand-Exoskelett“ unterstützt bei Lähmungserscheinungen der Hand.

Das Soft-Hand-Exoskelett unterstützt Menschen, deren Hand gelähmt ist.(Bild: Astrid Eckert / TUM)
Das Soft-Hand-Exoskelett unterstützt Menschen, deren Hand gelähmt ist.
(Bild: Astrid Eckert / TUM)

Der Stoffhandschuh, der Patientinnen und Patienten bei Lähmungserscheinungen der Hände unterstützen soll, besitzt an seiner Oberfläche Luftkissen, die über insgesamt 13 Schläuche aufgepumpt werden können. Gesteuert wird dies über Muskelaktivität.

Dabei werden Sensoren am Unterarm angebracht. Durch die dadurch erfassten Signale plus Unterstützung durch maschinelles Lernen könne laut den Forschenden sehr zuverlässig vorhergesagt werden, welche Bewegung die Person ausführen will. „Um zu verhindern, dass ein Gegenstand versehentlich fallen gelassen wird, erfassen wir mithilfe zusätzlicher Bewegungssensoren Transportbewegungen und halten den Griff des Exoskeletts währenddessen zuverlässig geschlossen“, sagt Forscher Nicolas Berberich von der TU München.

Berberichs Kollege an der TU München, Dr. John Nassour, hat den Handschuh gar selbst zusammengenäht. „Unsere Lösung ist auf zweierlei Weise intelligent“, sagt Nassour, „einerseits haben wir eine zuverlässige Vorhersage für das Greifen entwickelt, die Intentionen aus Signalen mit 97-prozentiger Sicherheit ableitet. Andererseits haben wir mit unserem Handschuh eine Hardware entwickelt, die die beabsichtigten Bewegungen optimal unterstützt“.

Wichtig war dem Forscherteam auch, dass die unterstützende Hand für jeden erschwinglich ist. „Wir haben eine Lösung gefunden, die sich jeder leisten kann und die trotzdem sehr gut funktioniert“, betont Prof. Gordon Cheng, der Leiter des Instituts für kognitive Systeme.

In die Entwicklung des Soft-Hand-Exoskeletts sind Erfahrungen aus der Zusammenarbeit mit einem Patienten, der an amyotropher Lateralsklerose (ALS) erkrankt ist, geflossen: Der Patient hatte kaum noch Kontrolle über seine Hände, konnte aber das erste Fingerglied des Daumens bewegen.

Dr. John Nassour (l.) und Nicolas Berberich (r.) testen den Handschuh. Im Hintergrund: Prof. Gordon Cheng.(Bild: Astrid Eckert / TUM)
Dr. John Nassour (l.) und Nicolas Berberich (r.) testen den Handschuh. Im Hintergrund: Prof. Gordon Cheng.
(Bild: Astrid Eckert / TUM)

Das Forscherteam der TU München hat daraufhin die stärksten Signale in der Muskelaktivität des Daumens für seinen Versuch genutzt. Für die Messung dieses Elektromyogramms haben die Forscher einen Sensor auf dem Unterarm angebracht, der die höchsten Ausschläge empfängt, die vom langen Daumenbeuger ausgehen, sobald er bewegt wird. Signale in diesem Muskel dienten demnach als Trigger dafür, die Polster des Handschuhs aufzupumpen. Und tatsächlich: Trotz sehr schwacher Signale erkannte das System die Absicht des Patienten in neun von zehn Fällen. Der ALS-Patient schaffte es, nach Dingen zu greifen, zum ersten Mal seit vier Jahren eine Gabel zu halten und kleine Würfel aufzuheben und in einen Behälter fallen lassen.

„Wir passen das Konzept nun auch für andere Betroffene wie Schlaganfallpatienten an“, sagt Cheng. Der Neurologe Prof. Tobias Wächter vom Kooperationspartner Klinik Passauer Wolf ist vom Potenzial des neuen Spezialhandschuhs überzeugt: „Grundsätzlich kann dieser Handschuh allen Menschen helfen, die unter schlaffen Lähmungen leiden“, so Wächter, „also etwa auch Menschen, die nach Motorrad- oder Fahrradunfällen Schädigungen der peripheren Nerven davongetragen haben oder Patientinnen oder Patienten mit Polyneuropathie.“

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