Entwicklung der modernsten Armprothese der Welt mit Model-Based Design

Nur wenigen von uns ist das sensible Wechselspiel neuraler, mechanischer und sensorischer Systeme bewusst, das erforderlich ist, um so simple Aufgaben wie etwa das Aufheben eines Balls zu bewältigen. Wenn man eine Armprothese mit natürlichem Bewegungsprofil schaffen will, dann muss man sowohl all diese komplexen Einzelsysteme als auch ihre diffizilen Interaktionen mithilfe modernster Aktuatoren, Sensoren, Mikroprozessoren und eingebetteter Regelungs- und Steuerungssoftware nachbilden. Dieser Herausforderung stellten sich Forscher der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) in ihrem Programm „Revolutionizing Prosthetics“.

Das Applied Physics Laboratory (APL) der Johns Hopkins University hat die Federführung in einem aus Regierungseinrichtungen, Universitäten und privatwirtschaftlichen Unternehmen bestehenden, weltweiten Team, das sich die Entwicklung einer Armprothese zum Ziel gesetzt hat, die alle bislang verfügbaren Prothesen weit übertreffen soll. Die endgültige Version des Arms wird über Regelungsalgorithmen verfügen, die durch Nervenimpulse gesteuert werden und es dem Träger ermöglichen, mit der Geschwindigkeit, Geschicklichkeit und Kraft eines echten Arms zu agieren. Durch modernste Sensor-Feedback-Methoden wird man damit zudem physikalische Eindrücke wie Druck, Kraft und Temperatur fühlen können. Ein zentraler Meilenstein des Projekts war die Entwicklung der Virtual Integration Environment (VIE), einer mithilfe von MathWorks-Tools und Model-Based Design aufgebauten Umgebung zur Simulation kompletter Gliedmaßensysteme.

Von James Burck, Michael J. Zeher, Robert Armiger und James D. Beaty, Applied Physics Laboratory der Johns Hopkins University

This article was published in The MathWorks News & Notes, 2009