Intelligente Exoskelette
Nach einem Schlaganfall leiden Menschen oft auch unter Bewegungseinschränkungen. Arme und Beine lassen sich nicht mehr so bewegen, wie vor dem Schlaganfall. Das muss erst wieder trainiert werden. Robotiksysteme können dabei helfen. Die Professorin Elsa Kirchner arbeitet seit Oktober an der Uni Duisburg-Essen daran, dass die Technik besser wird.
Exoskelette sind Stützstrukturen, die mit Robotik betrieben werden. Als Patientin ziehe ich so ein Skelett quasi wie ein Außengerüst an. Elektromotoren bewegen dann das Skelett, so dass meine Arme und/oder Beine auch mit wenig eigener Muskelkraft wieder ihre Arbeit „erlernen“ können. Gearbeitet wird z. Zt. daran, dass der Roboter den Bewegungsimpuls wahrnimmt, schon bevor der Muskel bewusst bewegt wird. Dabei nutzt man EEG (Elektroenzephalogramm, misst Hirnsignale) und EMG (Elektromyogramm, misst Muskelaktivität).
Neue Lösungen
Eine der jüngsten Lösungen: Die Sensibilität der Drucksensoren, mit denen die Software erkennt, ob und wohin sich ein Mensch bewegen möchte, konnte verbessert werden. Indem EEG-Hirnsignale eingebunden werden, damit die Steuerungssoftware besser versteht, welche Bewegungen die Patientin (oder der Patient) im Sinn hat. Und wann sie (oder er) die Bewegung ausführen möchte.
Ist das erkannt, reduziert die Software die Sensibilität der Drucksensoren. So werden gleichzeitig die Interaktionskräfte zwischen Mensch und System verringert. Wozu ist das gut? Das Gehirn blendet aus, dass das Exoskelett die Bewegung unterstützt. Es denkt, es hätte ganz allein den ganzen Effekt erzielt. Und so lernt es schneller. Die Interaktion mit dem Exoskelett erfolgt dank der neuen Lösung passend zur Gehirnaktivität. Die Unterstützung wird damit sehr transparent (quasi durchsichtig, unsichtbar, für das Gehirn zum Vergessen gering).
Die Professorin
Prof. Elsa A. Kirchner fing mit Biologie an. Das Verhalten von Mensch und Tier interessierte sie schon früh, so wurde es zum Fokus ihrer Forschung. Im Studium hieß die Forschungsfrage dann konkret: Welche Auswirkungen haben Schädigungen am Gehirn und wie lassen sie sich kompensieren? Ziel: Die Lebensqualität von Menschen verbessern. Ein Förderpreis ermöglichte die Vertiefung ihrer Forschung am Massachusetts Institute of Technology. Wie sie die Gehirnaktivitäten erforscht hat? „Ich habe mir das Löten und Fräsen beigebracht und Sensoren entwickelt, mit denen sich Hirnströme von Ratten besonders hochauflösend messen lassen.“ Respekt!
Stationen: DFKI, MIT, Systeme der Medizintechnik in Duisburg. Studium der Biologie, Hirnstrommessung, Robotiksysteme, Promotion in Informatik. Leitung des Brain & Behavioral Lab.
Quellen: „Die Roboter-Flüsterin“ / VDI nachrichten 29. Okt. 2021 & Meldung Robotics Innovation Center am DFKI
Maria