maxon Story

Bezahlbare Prothesen stärken Menschen mit Amputationen

Easton LaChappelle von Unlimited Tomorrow war noch ein Teenager, als er seine erste Handprothese baute. Sechs Jahre später hat er aus den ersten Prototypen ein hochwertiges Produkt entwickelt. Sein Ziel ist es, Roboterprothesen zu konstruieren, deren Herstellungskosten drastisch unter denen von herkömmlichen Prothesen liegen. Entscheidend für sein Design sind dabei natürlich die passenden DC-Motoren und Getriebe.

Menschen mit einer Amputation oder denjenigen, die ohne Gliedmassen geboren wurden, fehlte es bisher an kostengünstigen Optionen für Roboterprothesen, die auch langfristig verlässlich genutzt werden können. Zu der Stigmatisierung, die Menschen mit fehlenden Gliedmassen sowieso schon erfahren, kommt bei Kindern noch hinzu, dass sie nicht das tun können, was andere Kinder tun. Sie sehen nicht wie andere Kinder aus und werden dafür vielleicht verspottet, was verheerende Folgen nach sich ziehen kann.

Die Kosten herkömmlicher Prothesen für Kinder und Erwachsene betragen zwischen 30 000 US-Dollar und 100 000 US-Dollar. Da Kinder ja auch noch wachsen, sind diese Preise für viele Familien unerschwinglich. Im Vergleich dazu plant Unlimited Tomorrow, seine zukunftsweisende Handprothese im Laufe diesen Jahres für ca. 10 000 US-Dollar auf den Markt zu bringen. Das Ziel des Unternehmens ist es, die eigene Technologie erschwinglich und zugänglich zu machen. Die Strukturen der Roboterhand sowie des Roboterarms werden beispielsweise mittels eines 3D-Druckverfahrens hergestellt, das sich MultiJet Fusion (MJF) nennt. Damit ist es möglich, den Hautton des Trägers zu treffen. Zudem können auch individuelle Farbvariationen, wie Sommersprossen oder Muttermale, berücksichtigt werden. Die Fingernägel sind magnetisch und können auch verschiedenfarbig gestaltet oder verziert werden. Kindern ist dies besonders wichtig, da sie genau wie ihre Freund:innen und Geschwister aussehen und leben möchten. Der Scan gegenüberliegender Gliedmassen liefert zusammen mit weiteren Messungen die für jede Person einzigartige Vorlage für den Armanschluss und die Prothese selbst. Dadurch sitzt die fertige Prothese ohne langwierige Anpassungsphasen sofort wie angegossen.

«Wir mussten Elektromotoren und Getriebe finden, die nicht nur präzise und wiederholbar, sondern auch viel verlässlicher als die bisherigen Komponenten waren»

Das Aussehen ist natürlich nur ein Aspekt. Funktionalität und Zweckmässigkeit sind bei einer Roboterprothese entscheidende Faktoren für die erfolgreiche Bewältigung alltäglicher Herausforderungen. LaChappelle setzte zunächst Grosstechnologien ein, um die Schwachstellen in seinem Design zu beheben und seine Theorien zu belegen. Und das bereits Jahre vor dem eigentlichen Modell, das nun hergestellt wird.

Wenn Sie sich vorstellen können, wie es ist, plötzlich eine Hand nicht mehr benutzen zu können, dann können Sie sich auch vorstellen, was ein Mensch mit einer Amputation oder eine Person, die mit fehlenden Gliedmassen geboren wurde, tagtäglich durchmacht. Sobald die Prothese ein fester Bestandteil des Lebens eines Menschen geworden ist, führt ein Ausfall derselben zu enormen Irritationen. Eine lange Lebensdauer sowie Ausfallsicherheit sind daher unbedingt erforderlich. Genau mit diesen Aspekten hatte das Unternehmen bei seinen vorangegangenen Designs zu kämpfen. Die von ihnen gewählten Motoren und Getriebe funktionierten zwar. Aufgrund der Belastung des täglichen Gebrauchs – besonders wenn man bedenkt, dass Kinder sich sehr dynamisch bewegen – versagten die Bauteile jedoch häufig schon nach nur wenigen Monaten in Betrieb.

Easton LaChappelle erklärt: «Wir mussten Elektromotoren und Getriebe finden, die nicht nur präzise und wiederholbar, sondern auch viel verlässlicher als die bisherigen Komponenten waren.» Nachdem sie alle Möglichkeiten ausgelotet hatten, entschieden sie sich für zwei DC-Motoren, entwickelt und hergestellt von maxon (Taunton, Massachusetts). «Wir erhielten einerseits einen höherwertigen Motor, gleichzeitig aber auch eine beträchtliche Steigerung bezüglich Drehzahl und Drehmoment – und das bei gleicher Grösse.»

maxon DC-Motoren sind klein und passen deshalb sehr gut in eine Kinder-Roboterhand – und genau darauf kam es an. «Wir konnten also den gleichen Motor, den wir bei einer Erwachsenenprothese verwenden, auch in einer Kinderprothese verbauen. Das wiederum reduzierte die Anzahl der Komponenten, die wir auf Lager haben müssen», so LaChappelle.

Die Motoren sind zusammen mit der gesamten Elektronik in der Handfläche untergebracht. Zudem besitzen die Motoren mit ihrer höheren Leistungsdichte sowie den höheren Drehzahlen und Drehmomenten spezielle haptische Sensoren für das Feedback. Dadurch kann die Griffkraft der Roboterhand präzise gesteuert werden.

Die in der Roboterhand verbauten maxon Produkte gehören zur DCX 12 S Motoren- und GPX 12 HP Getriebebaureihe des Unternehmens. Die bürstenbehafteten, batteriebetriebenen DC-Motoren laufen über mehrere Tage. Die Batterien werden mittels eines drahtlosen Ladegeräts wieder aufgeladen. Mit Drehzahlen von über 9 000 U/min bei Spannungen von 3 V bis 12 V können die Motoren eine Ausgangsleistung von 1,6 W erzeugen. Das maximal abgegebene Dauerdrehmoment beläuft sich auf ca. 1,9 mNm. Die in den Motoren verwendeten Edelmetalle und Kugellager sorgen für einen reibungslosen Betrieb. Das GPX 12 HP ist ein geräuscharmes Planetengetriebe mit zahlreichen, unterschiedlichen Untersetzungen, je nach Art der Applikation.

Einzigartige, vom Unternehmen selbst entwickelte Muskelsensoren ermöglichen die präzise Steuerung des Bewegungssystems. Um die Absicht des/der Anwendenden zu entschlüsseln und in Handbewegungen zu übertragen, werden die Muskeldaten unter Verwendung von KI-Algorithmen verarbeitet. Das in das Gerät integrierte haptische Feedback erzeugt eine Art Tastgefühl, ähnlich wie bei einer gesunden Hand.

Charis

Die 16-jährige Charis liebt es zu stricken, Klavier zu spielen, zu babysitten und mit ihrer Familie Zeit zu verbringen. Das letzte Mal, als sie eine Prothese trug, war sie viel jünger. Damals hörte sie auf, ihren unhandlichen, myoelektrischen Arm zu tragen. Das fehlende Gliedmass führte allerdings dazu, dass ihr Körper einige ungesunde Angewohnheiten entwickelt hat. Beispielsweise eine Schonhaltung, um die Länge ihres Arms zu kompensieren, was Schmerzen in ihrer Schulter verursacht. Mit ihrem TrueLimb kann sie erneut die Vorteile eines besser ausbalancierten Körpers erfahren und die Dinge machen, die für andere selbstverständlich sind, wie ihre Haare zu einem Pferdeschwanz zu binden.

Natasha

Natasha ist eine fröhliche Neunjährige, die gerne in Bewegung bleibt und Spiele spielt. Sie wurde mit einer Fehlbildung unterhalb ihres rechten Ellbogens geboren. Aufgrund des Gewichts und der auftretenden, körperlichen Beschwerden, die mit dem Tragen unterstützender Bandagen einhergehen, wollte sie keine herkömmlichen Prothesen mehr nutzen. Sobald sie es sich jedoch zum Ziel gesetzt hatte, Geige zu spielen und athletische Fähigkeiten im Stil von Ninja Warrior zu erlernen, machte sie die erweiterten Funktionen von TrueLimb ausfindig, um ihre Träume zu verwirklichen.

Unlimited Tomorrow:

Ein Grossteil der Arbeit von Unlimited Tomorrow besteht darin, Kindern zu helfen. Das Unternehmen setzt nicht nur den Schwerpunkt auf die Ästhetik, es nimmt auch die Vorschläge von Tragenden zur Verfeinerung der Prothesen auf und erreicht so eine bessere Funktionsweise. Motoren werden beispielsweise in der Handfläche anstelle des Arms verbaut. Dies führt zu mehr Beweglichkeit im Handgelenk und gleichzeitig zu einer besseren Akzeptanz bei den Anwendenden. Da jede Prothese nach der Vorlage eines hochauflösenden, digitalen Scans gefertigt wird, sitzen sie wesentlich besser als Standardprothesen. Aber das Beste an diesen Roboterprothesen ist nicht die Farbe, ihr Betrieb oder die lange Lebensdauer, sondern das Lächeln auf den Gesichtern der Kinder und jungen Menschen, die sie tragen.