3D-gedruckte weiche Roboterhand gesteuert durch Gehirnsignale ermöglicht bessere Interaktion mit Umwelt

Forscher im Bereich der Soft-Robotic an der Universität von Wollogong (UOW) in Australien haben eine neuartige Handprothese hergestellt, die nicht nur durch Gehirnsignale gesteuert werden kann, sondern auch der menschlichen Hand und Haut durch die weiche Textur des Materials sehr ähnlich ist.

Der 3D-gedruckte Prototyp der Prothese wurde von UOW Wissenschaftlern Professor Gursel Alici und Dr. Rahim Mutlu entwickelt und soll um die $ 200 kosten. Während herkömmliche Prothesen teuer sind und aus steifen, wuchtigeren Bauteilen konstruiert werden, widmete sich das Team der Konstruktion einer natürlich aussehenden und sich anfühlenden Hand, die Bewegungen auch ohne Motor und Getriebe ausführen kann. Eine Kombination aus Sensoren ermöglicht es Objekte zu greifen und ein Gefühl für deren Größe, Textur und Temperatur zu erlangen. All dies erfolgt im Gegensatz zu motorisch gesteuerten Prothesen aus harten Materialien geräuschlos. Steuern kann der Träger der Handprothese diese über eine Schnittstelle, die an der Armmuskulatur befestigt wird.

Dr. Rahmin Mutlu erklärt:

“It is important to have less fabrication steps to lower the cost. However, more importantly, a monolithic soft robotic hand works as compliantly as our biological limbs do. The main challenge of developing a robotic prosthetic is replacing current functional units of the device such as actuation and sensing.”
“Current actuation methods, for example, use noisy, bulky electric motors to generate finger—and wrist in some—movements. Our approach has no gears and motors to create the hand gestures—the smart materials will actuate the hand silently.”

Die Handprothese wurde außerdem in einem kompletten Stück gedruckt und muss somit nicht im Nachhinein zusammengebaut werden. Die mit Hilfe von Dr. Vitor Sencadas entwickelten Soft-Sensoren können direkt auf den 3D-gedruckten Fingern angebracht werden. Diese können nicht nur Auskunft über die Fingerbewegungen zur Positionskontrolle geben, sondern auch die Form, Oberfläche und Temperatur des in die Hand genommenen Objekts erkennen.

“A person using this device should be able to close their eyes and guess what they are grasping with their soft robotic hand”, fügt Dr. Mutlu hinzu.

In einem nächsten Schritt wird das Forscherteam intelligente Materialien einsetzen, um weiche Aktorsysteme anzupassen, die in die Hand als eine Art Muskelsystem eingebettet werden. Danach will man sich der Weiterentwicklung der Prothesenschnittstelle widmen.