Entwicklung eines haptischen Feedback-Geräts zur Reinnervation von 3D-Kräften in den menschlichen Zeh

Kurzfassung

Durch die Entwicklung der neuen Generation Prothesen, die anhand einer Vielzahl von Sensoren auch teilweise “fühlen” können, rückt ein lang vernachlässigter Aspekt der Prothesetechnik in den Vordergrund: die Haptik. Hierbei wird versucht dem Anwender ein Gefühl für den Zustand der Prothese zu vermitteln. Der Zustand von der Prothese kann mit Sensoren für Kräfte an den Fingerspitzen, Momente in den Fingergelenken, Wärme und vieles mehr ermittelt, und an dem Anwender weitergeleitet werden. Somit kann erreicht werden, dass die Manipulationsaufgaben ohne oder nur teilweise mit visuellem Verfolgen der Prothese bewältigt werden. Dadurch wird der Anwender entlastet und einen natürlicheren Einsatz der Prothese ermöglicht. Jedoch stellen sich auch am Anfang mehrere Fragen. Zunächst muss geklärt werden, von welcher Art das Feedback sein kann. Hier bieten sich zwei Varianten an: invasives und nicht-invasives Feedback. Im weiteren Verlauf dieser Arbeit wird weiter auf diese Fragestellung eingegangen. Eine andere Frage ist, welche Größen sollen rückgekoppelt werden und welche Größen sind für die Funktionalität des Feedback-Geräts am wichtigsten und vereinfachen den Einsatz einer mechatronischen Prothese. Eine weitere Frage ist, welche Eigenschaften müssen die rückgekoppelten Größen aufweisen, um vom Menschen richtig wahrgenommen zu werden und den gedachten Nutzfaktor aufbringen. Die am DLR und Harbin Institute of Technology entwickelte DLR-HIT HAND II bietet ein vielversprechendes mechatronisches System, was als Grundlage für eine neue Generation der mechatronischen Handprothesen dienen soll. Derzeit ist es möglich, mit Hilfe von EMG-Elektroden, die am Stumpf des Patienten eingebracht sind, solchen Händen zu steuern. Jedoch fehlt es dem Menschen für den Einsatz dieser Systeme als Handersatz an einem Feedback über die von der Prothese ausgeübten Kräfte. Somit können die Prothesen bisher nicht für feinfühlige Manipulationen eingesetzt werden und ermöglichen nur einfache Griffarten. Da Kraft-Feedback bei gesunden Menschen eine sehr intuitive Art ist, die Griffkraft zu regulieren, kann man davon ausgehen, dass dies auch bei behinderten Menschen einen positiven Effekt haben kann. Vorherige Versuche haben gezeigt, dass menschliche Zehen eine mit den Fingern vergleichbare Sensibilität bezüglich Drucksensibilität und örtliche Auflösung aufweisen [1] . Es erscheint sinnvoll zu untersuchen, ob ein mehrdimensionales Kraft-Feedback am Zeh bei behinderten Menschen den fehlenden Tastsinn der Hand teilweise ersetzen kann. Um diese Feedback-Art weiter zu untersuchen, wird ein neuartiges System benötigt, das im Laufe dieser Arbeit entstehen soll.