Von Star Wars ins echte Leben: Neue Prothese verändert Leben

Zur Verfügung gestellt von Analog Devices Inc.

Obwohl Luke Skywalker im neuesten Star Wars-Film nur einen Cameo-Auftritt hat, weckt sein Wiederauftauchen auch das Interesse an einer Prothese, die den Spitznamen des fiktiven Helden mit kybernetischer Hand trägt. (Fans werden sich erinnern, dass das bionische Anhängsel Lukes rechte Hand ersetzte, die er in einem Lichtschwertduell mit Darth Vader verlor Star Wars Episode V: Das Imperium schlägt zurück *.)

Der DEKA-Arm. Foto von DEKA Research and Development Corp. Verwendung mit Genehmigung.

Der DEKA-Arm – den sein Erfinder Dean Kamen liebevoll Luke nennt – ist ein echtes Gerät, das von den Ingenieuren des in Kamen in New Hampshire ansässigen Unternehmens entwickelt wurde. DEKA Forschung und Entwicklung . Luke, die fortschrittlichste Armprothese, die bisher von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassen wurde, übersetzt Signale von Muskeln, um komplexe Aufgaben wie das Beugen von Fingern und das Greifen von Gegenständen auszuführen. Es ist eine transformative Innovation in der Prothetik der oberen Extremitäten für Amputierte.

Von Science Fiction zu medizinischen Fakten

Wenn das FDA-zugelassen Das Gerät für die Vermarktung im Jahr 2014 nannte es das DEKA-Armsystem, den ersten prothetischen Arm, der mehrere gleichzeitige angetriebene Bewegungen ausführen kann, die durch elektrische Signale von Elektromyogramm-Elektroden (EMG) gesteuert werden, die elektrische Aktivität in Muskeln in der Nähe der Stelle erkennen, an der die Prothese befestigt ist. Die elektrischen Signale von den Elektroden und anderen Benutzereingabegeräten werden dann vom Hauptcomputer des Arms umgewandelt, um bis zu 10 angetriebene Gelenke zu steuern.

Zu den innovativsten Merkmalen des DEKA-Arms gehört die Fähigkeit seines Handgelenks und seiner Finger, die Position anzupassen, um mehrere verschiedene, vom Benutzer wählbare Griffe zu erzielen. Darüber hinaus ermöglichen Kraftsensoren in der Hand dem Benutzer des Arms eine präzise Steuerung des Griffs. Die Armprothese ist in Größe und Gewicht einem natürlichen Glied ähnlich und kann durch eine Vielzahl von Eingängen gesteuert werden. Ein Computer an der Prothese empfängt die EMG-Signale und interpretiert sie, um die Finger zu öffnen oder zu schließen oder die Griffkonfiguration zu ändern, damit der Benutzer beispielsweise eine Münze aufheben kann.

Mit dem DEKA-Arm kann ein Amputierter problemlos Dinge wie eine Tasse Kaffee halten, Schnürsenkel binden und Reißverschlüsse bedienen – Aktivitäten, die zuvor mit passiven Prothesen schwierig waren

Um solch komplexe Bewegungen auszuführen, erkannten die DEKA-Ingenieure, dass sie auch zusätzliche Steuereingaben benötigten. Ihre Lösung bestand darin, spezielle Sensoren an den Füßen des Benutzers zu implementieren, die drahtlos Signale an den Computer des Arms übertragen, sodass der Benutzer mehrere Gelenke gleichzeitig steuern kann.

Mehrere Komponenten von Analog Devices, Inc., (ADI) – einschließlich Instrumentenverstärker , digitale isolatoren , und duale Operationsverstärker – wurden in das Signalkettendesign von DEKA integriert. Diese Hochleistungskomponenten helfen DEKA sicherzustellen, dass der Arm die kritischen Anforderungen in Bezug auf Sicherheit, Effektivität und Marktreife des Systems erfüllt.

Diese und andere ADI-Komponenten gehörten zu denen, die während des FDA-Zulassungsprozesses des Armsystems getestet wurden, als die Behörde Daten in Bezug auf Software und Elektro- und Batteriesysteme überprüfte, Maßnahmen zur Verhinderung oder Beendigung unbeabsichtigter Bewegungen des Arms und der Handmechanismen, Haltbarkeitstests (wie z Widerstandsfähigkeit gegenüber üblichen Umwelteinflüssen wie Staub und leichtem Regen) und Schlagtests.

Innovative Technologie eröffnet transformative Möglichkeiten

Dieser radikale Fortschritt in der Prothetik ist das Ergebnis einer jahrzehntelangen Herausforderung. Vor dem DEKA-Arm basierten Prothesen auf Designs, die vor mehr als 100 Jahren entwickelt wurden. Und während die Technologie der unteren Extremitäten im Laufe der Jahrzehnte immer fortschrittlicher geworden ist, ist die Technologie der oberen Extremitäten aufgrund ihrer schwierigeren medizinischen und technischen Probleme zurückgeblieben. Im Jahr 2006 richtete die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) der US-Regierung ein Programm namens ein Revolutionierung der Prothetik mit einem ehrgeizigen Ziel: eine Armprothese mit der Funktionalität eines natürlichen Gliedes zu entwerfen.

DARPA wandte sich an DEKA, um eine Lösung zu entwickeln, die die Lebensqualität von Amputierten dramatisch verbessern würde – eine Lösung, die empfindlich genug ist, um eine Traube aufzunehmen, und dennoch robust genug, um Werkzeuge wie eine Handbohrmaschine zu handhaben. DEKA-Ingenieure haben dieses Ziel erreicht. Mit dem DEKA-Arm kann ein Amputierter jetzt sicher Dinge wie eine Tasse Kaffee halten, Schnürsenkel binden und Reißverschlüsse bedienen – Aktivitäten, die zuvor mit passiven Prothesen schwierig waren.

Als Teil seines FDA-Antrags wurde das DEKA-System einer Optimierungsstudie unterzogen, die vom Department of Veterans Affairs (VA) finanziert und in medizinischen Zentren des US-Verteidigungsministeriums und des US-Verteidigungsministeriums durchgeführt wurde. Neunzig Prozent der an der Studie teilnehmenden Amputierten konnten mit dem DEKA-Arm häufige, aber komplexe Haushalts- und Selbstpflegeaufgaben erledigen, die sie mit ihren vorhandenen Prothesen nicht ausführen konnten.

Diese technologische Innovation verändert wirklich das Leben. Es ist dem Möglichen voraus – und es ist erst der Anfang.

* Star Wars Episode V: Das Imperium schlägt zurück ist ein Warenzeichen von Lucasfilm.

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