Muskeln zum Anziehen
Forschende der ETH Zürich haben einen tragbaren Exomuskel aus Stoff entwickelt – eine Art zus?tzliche Muskelschicht. Diese soll Menschen mit Bewegungseinschr?nkungen mehr Kraft und Ausdauer im Oberk?rper verleihen.
?In den Armen bin ich einfach zunehmend schwach?, sagt Michael Hagmann, bei dem 2016 Bethlem-Myopathie diagnostiziert wurde, eine seltene Muskelerkrankung. Um die fehlende Muskelkraft in den Armen zu kompensieren, macht Hagmann im Alltag Ausweichbewegungen, die wiederum zu einer unguten Haltung und Verspannungen führen. Marie Georgarakis, ehemalige Doktorandin am Sensory-Motor Systems Lab der ETH Zürich, kennt das Problem. ?Mittlerweile gibt es zwar viele gute Therapieger?te in Kliniken. Diese sind aber oft sehr teuer und gross. Technische Hilfsmittel, die Patient:innen direkt im Alltag unterstützen und mit denen sie auch daheim trainieren k?nnen, gib es dagegen weniger. Diese Lücke wollen wir schliessen?, sagt Georgarakis.
So viel Kraft wie n?tig
Aus dieser Idee ist das Myoshirt entstanden, ein weicher, tragbarer Exomuskel für den Oberk?rper. Dieser besteht aus einer Art Weste mit Manschetten für die Oberarme und einem kleinen Kasten, in dem die ganze Technik steckt, die nicht unmittelbar am K?rper gebraucht wird. Und so funktioniert es: Ein intelligenter Algorithmus erkennt mithilfe von Sensoren im Stoff, was für eine Bewegung der Tr?ger oder die Tr?gerin ausführen will und wie viel Kraft dafür ben?tigt wird. Ein Motor verkürzt daraufhin ein im Stoff parallel zu den Muskeln verlaufendes Kabel – eine Art künstliche Sehne – und unterstützt so die Bewegung. Die Unterstützung ist dabei immer in Einklang mit der vom Nutzer ausgeführten Bewegung und kann auf individuelle Pr?ferenzen abgestimmt werden. Stets hat der Nutzer oder die Nutzerin die Kontrolle und kann das Ger?t jederzeit übersteuern.
Mehr Ausdauer dank Exomuskel
Diesen ersten Prototypen haben die Forschenden nun in einer Studie mit 12 Proband:innen – zehn gesunden Personen, einer Person mit einer Muskelschw?che (Michael Hagmann) und einer Person mit einer Rückenmarksverletzung – erstmals getestet. Die Resultate sind vielversprechend: Alle Teilnehmer:innen konnten dank dem Exomuskel ihre Arme und/oder Gegenst?nde sehr viel l?nger heben. Die Ausdauerzeit erh?hte sich bei gesunden Teilnehmer:innen um rund einen Drittel, bei dem Teilnehmer mit Muskelschw?che erh?hte sie sich um 60 Prozent und der Proband mit einer Rückenmarksverletzung konnte die ihm aufgetragenen ?bungen gar drei Mal so lange durchhalten. Die eigenen Muskeln wurden dabei weniger beansprucht und die überwiegende Mehrheit der Versuchsteilnehmenden empfanden das Ger?t zudem als intuitiv in der Nutzung.
Mit Betroffenen testen und verbessern
Der Weg bis zum marktreifen Produkt ist aber dennoch ein langer: ?In einem n?chsten Schritt m?chten wir unseren Prototyp ausserhalb des Labors in der natürlichen Umgebung der zukünftigen Tr?ger:innen testen und das Ger?t mithilfe dieser Ergebnisse weiter verbessern?, sagt Michele Xiloyannis, der ebenfalls am Sensory-Motors Systems Lab der ETH Zürich t?tig ist und am Myoshirt forscht. Damit das Ger?t dereinst unsichtbar und bequem unter der Kleidung getragen werden kann, muss es noch kleiner und leichter werden – heute wiegt die Antrieb- und Steuerungsbox noch vier Kilogramm. Um ein maximal reduziertes Produkt zu erhalten, wollen sich die Forschenden weiterhin auf eine Kernfunktion konzentrieren – das Unterstützen der Schulter beim Anheben der Arme. Zudem arbeiten sie eng mit dem ETH-Spin-off MyoSwiss AG zusammen, das ein weiches Exoskelett – eine Art Roboteranzug zur Unterstützung der Beine – herstellt und vertreibt. ?Dass die Forschenden ihre Ideen zusammen mit den potenziellen Nutzenden und iterativ weiterentwickeln, gef?llt mir besonders?, sagt Michael Hagmann, der bereits verschiedene technische Hilfsmittel der ETH vom Prototyp bis zum fertigen Produkt getestet und so entwickeln geholfen hat. Denn für ihn ist klar: Er m?chte auch in Zukunft weiter aktiv bleiben und da kommt technische Unterstützung wie gerufen.
Literaturhinweis
Georgarakis M, Xiloyannis M, Wolf P, Riener R. A textile exomuscle that assists the shoulder during functional movements for everyday life. Nature Machine Intelligence. 22.06.2022. Online: externe Seite https://rdcu.be/cQbm7