maxon Story
Der SmartArM: Pionierarbeit für Prothesenträger
Der SmartArM zeigt, was im Bereich der Armprothesen derzeit technisch machbar ist. Entwickelt wurde er von einem engagierten französischen Forschungsteam, das unablässig an der Verbesserung des SmartArMs arbeitet.
In der Welt der bionischen Ingenieurkunst – also dort, wo Technik und Biologie aufeinandertreffen – gibt es nur wenige Entwicklungen, die mit dem SmartArM vergleichbar sind. Entwickelt wird er von einem Team unter der Leitung des Robotikforschers Nathanaël Jarrassé am Institut für Intelligente Systeme und Robotik (ISIR) an der Sorbonne Universität in Paris. Der SmartArM will nichts weniger als ein bedeutender Fortschritt in der Assistenztechnologie sein, speziell für Menschen mit einer Oberarmamputation.
Trotz grosser Herausforderungen, wie der Gestaltung eines künstlichen Ellbogens, hat das ISIR-Team den SmartArM am Cybathlon 2020 erstmals an den Start gebracht. Dabei musste er sich gegen Handprothesen bewähren, die von einem bionischen Standpunkt her bedeutend weniger komplex sind. Ein 10. Rang war für das Team der «Proof of Concept».
Der Pilot als Teil des Teams
Der Pilot des SmartArM-Projekts ist Christophe Huchet. Geboren ohne den rechten Unterarm, hat der 56-Jährige es zuerst zum Schwimmmeister geschafft, dann mehrere Restaurants geführt und ist seit einigen Jahren professioneller Coach. Als Pilot für den SmartArM ist seine Teilnahme am Cybathlon nicht nur ein persönlicher Erfolg, sondern Christophe steht auch exemplarisch dafür, wie bionische Prothesen die Lebensqualität verbessern können. Als integraler Bestandteil des Teams ist er seit 4 Jahren auf allen Ebenen der Entwicklung des SmartArM beteiligt. Er betont dabei, dass es auch am Tag X auf die Leistung des gesamten Teams ankommt.
Dieses Team besteht neben Christophe Huchet und Nathanaël Jarrassé aus einer vielfältigen Gruppe von Ingenieuren, Forscherinnen und Medizinern, die eine gemeinsame Mission teilen. Unter der Leitung von Nathanaël Jarrassé wollen die Team-Expert:innen die konventionellen Grenzen ihrer Disziplinen überschreiten und ihre Expertise von der Mechatronik bis zur Neurowissenschaft nutzen.
Die Vision geht über blosse technologische Innovation hinaus; sie zielt darauf ab, gesellschaftliche Einstellungen gegenüber Behinderungen zu verändern und Inklusion zu fördern. Wie Jarrassé betont: «Die Entwicklung von Technologien zur Unterstützung von Menschen mit Behinderungen ist äusserst spannend und motivierend, trotz der vielen Herausforderungen».
Die Merkmale des SmartArM
Werfen wir also einen genaueren Blick auf den SmartArM: Er ist eine Armprothese, die für transhumerale (oberhalb des Ellbogens) Amputierte oder Menschen ohne Unterarm gebaut wurde. Er bietet intuitive Steuerungsoptionen, erweitert die motorischen Fähigkeiten und die Autonomie im Alltag. Die Prothese adressiert die Komplexitäten der Oberarmamputation und verwaltet Hand- und mindestens zwei Gelenksteuerungen mit minimalinvasiver Integration.
Die Prothese verfügt über zwei motorisierte Freiheitsgrade, einschliesslich eines aktiven robotischen Handgelenk-Rotators und eines aktiven Ellbogens. Er kann mit jeder kommerziellen Handprothese verwendet werden. Die eigentliche Innovation des SmartArMs liegt in seiner Steuerungsarchitektur und den sensomotorischen Strategien, die über Jahre hinweg entwickelt wurden. Die Steuerungsmodi umfassen die Dekodierung von myoelektrischen Mustern und Körper-/Stumpfbewegungen, was die Geschicklichkeit verbessert. Anders gesagt: Der SmartArM kann komplizierte biochemische Signale verarbeiten, die in den Muskeln als kleinste elektrische Spannungen messbar sind, und diese in Steuerbefehle übersetzen.
maxons Rolle in der Entwicklung des SmartArM
Ein wichtiges Puzzleteil für die Entwicklung des SmartArM ist die strategische Partnerschaft mit maxon. «maxon bietet eine breite Palette an Antrieben mit kleinem Durchmesser und marktüblichen Motoren mit perfekt identifizierten Eigenschaften. Das ist ein grosser Vorteil», betont Nathanaël Jarrassé. Durch die Nutzung fortschrittlicher DCX-GPX-Getriebemotoren, die für Kompaktheit, hohe Drehmomentdichte, leisen Betrieb und hohe Dynamik bekannt sind, erreicht der SmartArM eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit.
Die Auswahl der Motoren unterstreicht den Anspruch des Teams an Qualität und Leistung. Darüber hinaus verbessert die Integration des EPOS 4 Micro Controllers die Fähigkeiten des Steuerungssystems weiter. Der enge Austausch mit den maxon-Kolleg:innen in Frankreich ist ein grosses Plus, um den optimalen Service seitens maxon zu bieten.
Die Zukunft im Blick: Cybathlon 2024 und darüber hinaus
Mit dem Beginn des Countdowns für den Cybathlon 2024 steht das SmartArM-Team vor neuen Herausforderungen. Aufbauend auf früheren Erfolgen wird die Prothese weiter verfeinert und optimiert, mit einem klaren Fokus auf die Verbesserung der Benutzererfahrung und Funktionalität. Bei den Cybathlon Challenges im Februar zeigte sich, dass das System sehr gut funktioniert, die Elektronik aber noch störungsanfällig ist.
Während das Training vielversprechend war, kam es im Wettkampf zu Interferenzen mit den Signalen der Handys der Zuschauer:innen. Hier zeigte sich, dass die Marktreife noch ein gutes Stück weit weg ist. Der nächste Cybathlon wird zeigen, wo genau das Team sich auf diesem Weg befindet.
Für Nathanaël Jarrassé ist die Teilnahme am Cybathlon mehr als ein Wettbewerb. Jenseits der Wettbewerbsarena des Cybathlon bedeutet der SmartArM für Menschen mit einer Behinderung auch eine begründete Hoffnung: «Für mich ist die Teilnahme an diesem Event wichtig, weil es darum geht, die Wahrnehmung von Menschen, die Prothesen tragen, zu verändern.»