Der neue biorobotische Arm könnte zu tragbarem Gerät für Tremorpatienten führen

Es wird geschätzt, dass weltweit rund 80 Millionen Menschen mit einem Zittern leben. Zum Beispiel diejenigen, die mit der Parkinson -Krankheit leben. Die unwillkürlichen periodischen Bewegungen beeinflussen manchmal stark, wie Patienten tägliche Aktivitäten durchführen können, z. B. das Trinken aus einem Glas oder das Schreiben. Tragbare Softrobotergeräte bieten eine potenzielle Lösung, um solche Zittern zu unterdrücken. Bestehende Prototypen sind jedoch noch nicht anspruchsvoll genug, um ein echtes Mittel zu bieten.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für intelligente Systeme (MPI-IS), der Universität Tübingen und der University of Stuttgart unter der Zusammenarbeit der Bionic Intelligence Tübingen Stuttgart (Bits) wollen dies ändern. Das Team räumte einen biorobotischen Arm mit zwei Strängen künstlicher Muskeln aus, die am Unterarm festgeschnallt waren. Wie in diesem Video zu sehen ist, simuliert der biorobotische Arm – der hier als mechanischer Patient bezeichnet wird, ein Zittern. Es wurden mehrere echte Zittern aufgezeichnet und auf den biorobotischen Arm projiziert, was dann widerspiegelt, wie jeder Patient das Handgelenk und die Hand schüttelt. Sobald die Tremor-Unterdrückung aktiviert ist, werden die leichten künstlichen Muskeln, die aus elektrohydraulischen Aktuatoren bestehen, sich so verziehen und entspannen, um die Hin- und Herbewegung auszugleichen. Jetzt kann das Zittern kaum gefühlt oder gesehen werden.

Mit diesem Arm möchte das Team zwei Ziele erreichen: Erstens sieht das Team seinen biorobotischen Arm als Plattform für andere Wissenschaftler vor Ort, um neue Ideen in der assistiven Exoskelett -Technologie zu testen. Zusammen mit ihren biomechanischen Computersimulationen können Entwickler schnell bestätigen, wie gut ihre weichen künstlichen Muskeln funktionieren, wodurch zeitaufwändige und kostspielige klinische Tests bei realen Patienten vermieden werden-was in einigen Ländern nicht einmal rechtlich möglich ist.

Darüber hinaus dient der Arm als Testbett für die künstlichen Muskeln, für die die Abteilung Robotermaterialien bei MPI-IS in der wissenschaftlichen Gemeinschaft bekannt ist. Im Laufe der Jahre wurden diese sogenannten Hasels fein abgestimmt und verbessert. Es ist die Vision des Teams, dass Hasels eines Tages die Bausteine ​​eines assistiven tragbaren Geräts werden, das Tremorpatienten bequem tragen können, um mit alltäglichen Aufgaben wie dem Halten einer Tasse besser fertig zu werden.

„Wir sehen ein großes Potenzial für unsere Muskeln, die Bausteine ​​eines Kleidungsstücks zu werden, das man sehr diskret tragen kann, damit andere nicht einmal erkennen, dass die Person an einem Zittern leidet“, sagt Alona Shagan Shomron, ein Postdoc in der Robotermaterialabteilung des MPI-IS und der Erstautor eines im Journal veröffentlichten Forschungspapiers, der im Journal „Gerät“ veröffentlicht wurde. “ „Wir haben gezeigt, dass unsere künstlichen Muskeln, die auf der Hasel-Technologie basieren, schnell und stark genug für eine große Auswahl an Zittern am Handgelenk sind. Dies zeigt das große Potenzial eines haselbasierten, tragbaren Hilfsmittels für Personen, die mit Zittern leben“, fügt Shagan hinzu.

„Mit der Kombination aus mechanischem Patienten und biomechanischem Modell können wir messen, ob alle getesteten künstlichen Muskeln gut genug sind, um alle Zittern zu unterdrücken, selbst sehr starke. Wenn wir also jemals ein tragbares Gerät erstellt haben, können wir es so anpassen, dass wir einzeln auf jedes Zittern reagieren“, fügt Daniel Häufle hinzu. Er ist Professor am Hertie Institute for Clinical Brain Research an der University of Tübingen. Unter anderem erstellte er die Computersimulation und sammelte die Tremordaten von Patienten.

Der mechanische Patient ermöglicht es uns, das Potenzial neuer Technologien sehr früh in der Entwicklung zu testen, ohne dass teure und zeitaufwändige klinische Tests bei realen Patienten erforderlich sind. Viele gute Ideen werden oft nicht weiter verfolgt, da klinische Tests teuer und zeitaufwändig und in sehr frühen Phasen der Technologieentwicklung schwer zu finanzieren sind. Unser mechanischer Patient ist die Lösung, die es uns ermöglicht, das Potenzial sehr früh in der Entwicklung zu testen. „

Syn Schmitt, Professor für Computerbiophysik und Biorobotik, Universität Stuttgart

„Robotics hat ein großes Potenzial für Anwendungen im Gesundheitswesen. Dieses erfolgreiche Projekt zeigt die Schlüsselrolle, die auf flexiblen und deformierbaren Materialien basierend auf weichen Robotersystemen spielt“, schließt Christoph Keplinger, Direktor der Abteilung Robotermaterialien bei MPI-IS.

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