Adapt Pro EMG Prothesensteuerung – Aktive Arm-Orthese mit intelligentem Mensch-Maschine-Interface

Das Fraunhofer IPA forscht an Sensorik zur Erfassung von Biosignalen und zeigt auf der Orthopädie und Reha-Technik ein Steuerungssystem mit einem innovativen Sensorkonzept und umfassender Signalanalyse zur Kontrolle einer Arm-Orthese mit aktiv angetriebenem Ellbogengelenk.

Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automation IPA wurden in den letzten Jahren grundlegende Konzepte im Bereich der elektromyographischen (EMG) Mensch-Maschine-Schnittstellen mit dem Ziel erstellt, die Erfassung und Weiterverarbeitung von körpereigenen Biosignalen zu verbessern und Steuerungen für den Reha-Bereich zu entwickeln. Mit diesen Konzepten konnte die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Messverfahren deutlich gesteigert werden.

Durch die redundante Erfassung des EMG-Signals mithilfe eines EMG-Sensor-Arrays und einem neuen Signalverarbeitungskonzept, dem virtuellen EMG, konnte die Signalqualität wesentlich verbessert werden. Dabei ist der Rechenaufwand mit der Verarbeitung eines einzelnen Signals vergleichbar. Die dadurch erlangte Echtzeitfähigkeit erlaubt bei geringen Hardwareanforderungen eine gute Portierbarkeit auf eingebettete Systeme und Mikrocontrollerarchitekturen.

Arm-Orthese mit aktiv angetriebenem Ellebogengelenk

Das Fraunhofer IPA präsentiert auf der Orthopädie und Reha-Technik eine Arm-Orthese mit aktiv angetriebenem Ellbogengelenk. Zur Kontrolle des Ellbogengelenks werden so genannte myoelektrische Signale verwendet, welche die elektrische Potenzialänderung bei der Kontraktion von Muskeln beschreiben. Dieses Signal kann an der Hautoberfläche von Sensoren erfasst und durch Signalverarbeitungstechniken zur Steuerung eines Geräts verwendet werden. Zielgruppe dieser Arm-Orthese sind Patienten, die durch Lähmung oder Muskelschwäche nicht mehr in der Lage sind, ihren Ellbogen aktiv zu nutzen.

Mit Sensor-Array-Konzept den Durchbruch schaffen

Das Fraunhofer IPA arbeitete in der Vergangenheit schon im Bereich der Beinprothetik an der Verbesserung der Robustheit von myoelektrischen Signalerfassungs- und Kontrollsystemen. Entwickelt wurde ein neuartiges Sensor-Array-Konzept, das durch redundante Signalerfassung eine höhere Toleranz gegenüber der Verschiebung der Sensoren auf dem Muskel erlaubt, und eine intelligente Signalverarbeitung, die individuell an einen Patienten angepasst werden kann. Das entsprechende Antriebskonzept und die Integration der mechanischen Teile kommen ebenfalls vom Fraunhofer IPA und werden auch hier umgesetzt.

Multiple einsetzbare Steuerung

Die Steuerung kann auch über den Bereich der Orthopädie- und Medizintechnik hinaus in vielen Industriebranchen genutzt werden. Die Vision der Forscher der Abteilung Biomechatronische Systeme aber ist, dass solche elektrische Steuerungen, die bei Arm-Orthesen bestens funktionieren, auch zukünftig im gleichen Maße bei Beinprothesen eingesetzt werden können und sie feiner und willkürlich steuerbar machen.

Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dipl.-Ing. Bernhard Budaker | Telefon +49 711 970-3653 | bernhard.budaker@ipa.fraunhofer.de

Dr. med. Urs Schneider | Telefon +49 711 970-3630 | urs.schneider@ipa.fraunhofer.de