Revolution in der Prothetik

Künstliche Hand aus dem Forschungszentrum Karlsruhe erstmals als Prothese am Patienten eingesetzt

Die Hand greift nach einer Flasche, einer Batterie oder einer Scheckkarte. Ein einzelner ausgestreckter Finger bedient die Tastatur eines Computers. Erst bei sehr genauem Hinsehen ist zu erkennen, dass der rechte Arm des Patienten eine Kunsthand statt einer natürlichen Hand trägt. Am 15. Mai 2002 wurde an der Orthopädischen Klinik der Universität Heidelberg erstmals ein Prothesenträger mit dem Prototyp einer im Forschungszentrum Karlsruhe entwickelten künstlichen Hand ausgestattet. Sie ist leicht, flexibel, sehr beweglich und fühlt sich natürlich an. Weltweit erstmalig können mit dieser Prothese auch die fünf wichtigsten Griffmuster realisiert werden.

Was vor kurzem noch Vision war, ist damit Wirklichkeit geworden: Ausgestattet mit einer neuartigen Technologie, so genannter Mikro-Fluidaktorik, ist die künstliche Hand leicht, flexibel und sehr beweglich. Beim Berühren fühlt sie sich natürlich an. Die Technologie wurde in den letzten Jahren von der Forschergruppe um Stefan Schulz im Institut für Angewandte Informatik des Forschungszentrums Karlsruhe entwickelt. Das einzelne Funktionselement, der Aktor, besteht aus einer Kammer, die über einen Steuerkanal mit Flüssigkeit befüllbar ist, also quasi hydraulisch arbeitet. Die Kammer verformt sich beim Befüllen und erzeugt dabei eine mechanische Bewegung.

„Die Handprothese ist aus vielen solcher Kammern aufgebaut, um ein umfassendes Bewegungsspektrum zu ermöglichen“, erläutert Stefan Schulz. „Dazu wurden miniaturisierte Ventile, Sensoren und eine Druckerzeugungseinheit in die künstliche Hand integriert.“

Ein wenig Konzentration ist für den Patienten am Anfang schon noch erforderlich: Sensoren am Armansatz der künstlichen Hand nehmen Muskelbewegungen aus dem Armstumpf auf, die über eine Mikroprozessor-Steuerung bestimmte Griffmuster einleiten. Fünf im alltäglichen Leben wichtige Handbewegungen können umgesetzt werden: Die Hand kann mit dem so genannten Pinzettengriff kleine Gegenstände wie Batterien oder Gummibärchen greifen, mit dem Zylindergriff eine Flasche kraftvoll umfassen und hochheben, mittels des Lateral-(oder Schlüssel-)griffs flache Gegenstände wie Scheckkarten aufnehmen und halten oder mit dem Hakengriff eine Tasche oder Tüte am Henkel tragen. Schließlich lässt sich der Zeigefinger ausstrecken und damit die Tastatur eines Computers oder ein Schalter bedienen.

Bisher kommerziell erhältliche Handprothesen sind den Patienten oft zu schwer und verfügen nur über eine Griffart, die zudem unnatürlich wirkt. Die neuartige Prothese auf der Basis der flexiblen Mikro-Fluidaktoren wiegt nur 860 Gramm (einschließlich Schaft, Akku, Schutzhandschuh und der fluidischen Teile). Mit einem speziellen Handschuh versehen sieht sie einer gewachsenen Hand zum Verwechseln ähnlich (einschließlich Fingernägeln) und fühlt sich auch natürlich an.

„Die Neuentwicklung ist ein deutlicher Fortschritt gegenüber bisherigen Prothesen“, stellt Stefan Schulz fest. „Aber die Entwicklung geht natürlich weiter. Die Hand soll noch leichter werden und sich mit einer intelligenteren, lernfähigen Elektronik auf die Gewohnheiten der Träger einstellen können. Außerdem wollen wir eine Feed-Back-Funktion in die Prothese integrieren, mit der der Patient dann über eine Art Tastsinn verfügt.“ In den nächsten Monaten wird die neuartige Handprothese im täglichen Einsatz getestet.

Die Materialkosten für die Einzelteile der Hand sind relativ gering. In der Serienproduktion können die Kosten voraussichtlich in der Nähe derzeitiger Prothesen liegen. Bis dahin werden sicher noch ein bis zwei Jahre Entwicklungszeit nötig sein.