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FUTEK setzt mit biomechanischem Roboterknöchel den besten Fuß nach vorne

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Die ultrapräzisen Kraftmessdosen von FUTEK helfen dabei, die Knöchelprothese des MIT Media Lab zum Leben zu erwecken. Sie ahmen die natürliche menschliche Bewegung nach und schaffen so einen nahezu nahtlosen Ersatz für eine menschliche Gliedmaße.

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Der revolutionäre TF8-Aktor wurde von Matthew Carney von der Biomechatronik-Gruppe des MIT Media Lab entwickelt und ist eine angetriebene Prothese. Anstatt eine Einheitsgröße zu verwenden, ist er in der Lage, die kinetische und kinematische Funktionalität des menschlichen Knöchels nachzubilden - er bewegt sich und reagiert auf Kraft in einer lebensechten Weise.

Der Roboterknöchel wird von einem am MIT entwickelten reaktionsstarken, serienmäßigen elastischen Aktuator (FRSEA) angetrieben. In Verbindung mit der Wägezelle LCM300 von FUTEK berücksichtigt der Aktuator das Gewicht und den Gang des Trägers, um unterschiedliche Terrains wie Treppen und Steigungen zu bewältigen.

Die Knöchelprothese wird dank einer neuen, am MIT entwickelten Amputationstechnik neural gesteuert. Dabei werden die Muskeln und einige Nerven oberhalb der Amputationszone verlagert, anstatt sie zu entfernen. Sensoren in der Prothese lesen die Signale dieser Muskeln und können Empfindungen an die Nerven weiterleiten.

Diese erhaltenen Muskeln und Nerven, die einst das Bein kontrollierten, ermöglichen nun eine neuromuskuläre bidirektionale Kommunikation zwischen der Prothese und ihrem Träger. Als Ergebnis erlebt der Träger einen künstlichen Unterschenkel, der sich echt anfühlt, da er die Bewegungen des Knöchels spüren kann.

Roboterprothesen integrieren modernste Biomechanik, Mechanik, Elektrotechnik und Softwaretechnik, sagt Carney.

"Um zu versuchen, in die Grenzen der menschlichen Form zu passen und die Bandbreite und Leistungsdichte des menschlichen Körpers zu erreichen, müssen wir die Grenzen jeder Disziplin verschieben: Berechnungen, Materialstärke, magnetische Energiedichte, Sensoren, biologische Schnittstellen und so vieles mehr. Auf der grundlegendsten Ebene versuchen wir, Behinderungen zu beseitigen. Wir wollen Technologien entwickeln, die es ermöglichen, dass es keinen Unterschied mehr zwischen behinderten Menschen und jemandem mit einem normativen Körpertyp gibt."

Der Prothesenknöchel verlässt sich bei der Kraftmessung auf die Dehnungsmessstreifen-Kraftmessdose LCM300 von FUTEK. Sie wurde aufgrund ihres geringen Platzbedarfs, des geringen Gewichts, der hohen Genauigkeit und der einfachen Installation ausgewählt.

Eine Wägezelle ist ein Aufnehmer, der Kraft in eine messbare elektrische Leistung umwandelt. In diesem Fall ermöglicht die Kraftmesszelle dem Roboterknöchel, genau zu bestimmen, wie stark er drücken muss, um den Träger zu unterstützen, sagt FUTEK Business Development Manager Ehsan Mokhberi.

"Der Tastsinn ist der wichtigste der fünf Sinne, wenn es um Prothetik, Exoskelett, Robotik und Automatisierung geht. Unser Sensor bringt den Tastsinn technisch in den Roboterknöchel."

Menschen denken nicht bewusst darüber nach, wie viel Kraft ihr Körper aufbringt, wenn sie einfache Aufgaben wie das Gehen ausführen. Das Gehirn führt diese Berechnungen automatisch durch, basierend auf dem Feedback des Körpers. Mit der Kraftmesszelle von FUTEK kann die Roboterprothese dem Gehirn das gleiche Feedback geben.

Die leichte Dehnungsmessstreifen-Kraftmessdose LCM300 ist nur 30 mm lang und 12 mm breit und wiegt 42,5 g. Sie ist mit einer Genauigkeit von 0,25 Prozent der Nennleistung genau.

"Ein Vorteil dieser präzisen Wägezelle ist, dass sie die Kraft sofort misst und innerhalb von Millisekunden reagiert, um sicherzustellen, dass der Knöchel nahtlos in Echtzeit arbeiten kann. Das Ergebnis ist eine geschlossene Rückkopplungsschleife, die es dem Träger und dem Roboterknöchel ermöglicht, als eine Einheit zu agieren, was eine viel natürlichere Bewegung ermöglicht als eine traditionelle Prothese."

Die präzise CNC-Bearbeitung ermöglicht es FUTEK, Sensoren mit den sehr engen Toleranzen zu produzieren, die für robotische und biomechanische Anwendungen erforderlich sind. Seine Sensoren können Kraft, Druck und Drehmoment direkt messen, aber auch indirekt Aspekte wie Strömung, Viskosität und Okklusion. Der medizinische und medizintechnische Markt ist ein expandierendes Feld für FUTEK, das etwa 30 Prozent des Geschäfts ausmacht und jährlich wächst. Neben angetriebenen Prothesen finden sich FUTEKs Sensoren auch in Exoskeletten und Roboterarmen einschließlich Operationsrobotern. Weitere wichtige Sektoren sind Luft- und Raumfahrt, Verteidigung, Fertigung und Automotive.

"Wir sind bekannt für unsere Miniaturisierung und das Angebot einer Vielzahl von Sensordesigns, Geometrien und Montagekonfigurationen - so können wir fast jede Branche unterstützen. Die Zusammenarbeit mit dem MIT Media Lab zeigt, wie viel Potenzial in dieser Art von Technologie steckt, um das Leben der Menschen zu verändern."

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