Wissenschaft im Trend: Forscher entwickeln fühlende Roboterhand

Bisher hatten Roboterprothesen einen entscheidenden Nachteil: sie konnten nichts empfinden. Doch nun wurde der LUKE-Arm entwickelt, ein von Star Wars inspirierter Prototyp eines Roboterarms, der mit dem Nervensystem der Trägerin oder des Trägers verbunden werden kann.

In einer jüngst in der Fachzeitschrift „Science Robotics“ veröffentlichten Studie berichten amerikanische Biomedizintechniker der University of Utah, dass der Arm nun auch sensorisches Fühlen ermöglichen kann. Sie beschreiben, wie Keven Walgamott, ein Immobilienmakler aus Utah, der seine linke Hand und einen Teil seines Armes bei einem Elektrounfall vor 17 Jahren verloren hatte, mit diesem Arm wieder Berührung empfinden kann. Er war einer von sieben Probandinnen und Probanden, die den Arm in klinischen Tests ausprobiert haben.

Ermöglicht Amputierten zu fühlen

Die Entwicklung der Armprothese dauerte 15 Jahre. Modellierung und Mathematik verhalf dieser Entwicklung zum Erfolg. Der LUKE-Arm enthält in den Arm implantierte und mit einem Computer verbundene Drähte, über die dem Arm Bewegungsimpulse vermittelt werden können. Sensoren an der Hand senden Signale an die Leitungen, die etwa das Gefühl erzeugen, einen Gegenstand zu greifen. Der LUKE-Arm hat 100 Mikroelektroden, die mit den Nerven des Oberarms verbunden sind.

„Viele Menschen nehmen eine Berührung als einen einzigen Sinneseindruck wahr, tatsächlich besteht sie aber aus vielen unterschiedlichen sensorischen Ereignissen“, erklärt Jacob George, Doktorand der Biomedizintechnik und Leiter der Studie, gegenüber „Scientific American“. „Wir haben in unseren Händen Sensoren für Schmerz, Temperatur, Vibration, für Druck—unsere Aufgabe ist es, alle diese einzelnen kleinen Sensoren zu identifizieren.“

Walgamott konnte Trauben greifen, ein Ei halten, ohne es zu zerbrechen, eineNachricht auf seinem Telefon schreiben und sogar die Hand seiner Frau in seine nehmen. Die Hand bewegt sich mit seinen Gedanken. Wenn er beispielsweise ein Ei in die Hand nahm, konnte Walgamotts Gehirn dies so steuern, dass er nicht zu fest zugriff. Die Technologie ahmt die Art und Weise nach, wie eine menschliche Hand Objekte wahrnimmt und schickt entsprechende Signale an sein Gehirn.

„Ich hätte weinen können", sagte Walgamott in einer Pressemitteilung der University of Utah, nachdem er den LUKE-Arm 2017 zum ersten Mal benutzt hatte. „Es war wirklich unglaublich. Ich hätte nie gedacht, mit dieser Hand einmal wieder fühlen zu können.“

Bionische Hand, die sich natürlicher anfühlt

"Wir haben die Art und Weise, auf die entsprechende Informationen an das Gehirn gesendet werden, so geändert, dass sie zum menschlichen Körper passen. Durch die Anpassung an den menschlichen Körper können wir erhebliche Verbesserungen erzielen“, erläutert George gegenüber „CNN“. „Wir erzeugen biologisch realistischere Signale.“

„Es ist schon eine große Aufgabe, überhaupt ein Gefühl zu erzeugen. Aber die Art und Weise, wie diese Informationen übertragen werden, ist auch von entscheidender Bedeutung. Wenn dies biologisch realistischer geschieht, versteht das Gehirn sie besser und die Empfindung wird deutlicher“, sagt Gregory Clark, Teamleiter der Studie und außerordentlicher Professor am Department of Biomedical Engineering der Universität. „Eines der ersten Dinge, die [Walgamott] tun wollte, war, seinen Ehering anzulegen. Das ist mit einer Hand nahezu unmöglich", fügt Prof. Clark hinzu. „Es war sehr bewegend.“

Eine vollständig portable Version des Prototyps ohne Computerverbindung befindet sich in der Entwicklung. Das Team hofft, dass drei Studienteilnehmer ihren LUKE-Arm bis 2021 mit nach Hause nehmen können.