Forscher entwerfen Fingerprothesen mit 3D-Druck

Der partielle Handverlust macht die überwiegende Mehrheit der Mängel der oberen Extremitäten aus. Trotzdem stehen Personen mit partiellem Handverlust nur eine begrenzte Anzahl prothetischer Optionen zur Verfügung. Forscher der University of Colorado und der Rice University wollen dies mit einem neuen Design für eine vollständig bewegliche Fingerprothese mit einem eigenständigen Aktuator ändern. Das Projekt und die anschließenden Tests werden in ihrem kürzlich veröffentlichten Artikel “Design and evaluation of a distally actuated powered finger prosthesis with self-contained transmission for individuals with partial hand loss” beschrieben.

Durch direktes Laser-Metallsintern (DMLS) erstellte das Forschungsteam eine Zahnradübertragung für den Phalanx-Teil des Fingers. Das Getriebe verbindet sich dann mit dem Gleichstrommotor und ermöglicht die Drehmomentübertragung über das PIP-Gelenk. Während derzeit eine durchschnittliche Größe nachgeahmt wird, kann in der Zukunft eine Größenänderung für andere Amputierte möglich sein. Um das Gleichgewicht und die Wahrnehmung der Prothese als äußere Belastung des Stumpfes zu erhalten, haben die Wissenschaftler sie mit einem Gewicht wie ein menschlicher Finger entworfen.

“Die Fingerglieder und der Unteraktionsmechanismus bilden eine Verbindung mit sechs Stäben und sind im Wesentlichen eine Überlagerung von zwei Vier-Stangen-Verbindungen, die üblicherweise zur Unterdrückung von Zwei-Phalanx-Handels- und Forschungsgeräten verwendet werden”, erklären die Forscher. „Das Verbindungssystem koppelt die Bewegung jedes IP-Gelenks, um eine Flexionsbahn zu bieten, die für eine Vielzahl von Greifern geeignet ist.”

Bei der Bewertung der Kraft des Prothesenfingers positionieren die Forscher die Futek LSB200 Wägezelle in Kontakt mit der Fingerspitze, während der Controller den Motor antreibt und den Finger zur Wägezelle fährt um die mechanische Kraft zu messen.

Die Forscher wiederholten die Versuche 15 Mal. Bei der Bewertung der einzelnen Getriebestufen erkannte das Team, dass weitere Untersuchungen erforderlich sind, um den Beitrag des Stirnradpaares zur Getriebewirkung zu bewerten. Die Mechanik der Finger erfordert auch mehr Validierung und weitere Ermüdungstests.

 „Die laufenden Arbeiten am angetriebenen Finger haben zu einer kompakteren und leistungsreduzierteren Kraftübertragung geführt. Zukünftige Arbeit wird eine genauere Bewertung der Übertragungseffizienzen umfassen, um den Nutzen der Verwendung von Stirnrädern und die Änderungen an der Struktur der Planetengetriebestufen zu bestimmen.“, Schlussfolgerten die Forscher. „Alternative Getriebe, die die Gesamtuntersetzung des Getriebes erhöhen und gleichzeitig die Anzahl der erforderlichen Getriebestufen verringern, sind von Interesse, zusätzlich zu einer gründlicheren Untersuchung des Getriebepolierprozesses.”

„Die Arbeiten umfassen auch Verfeinerungen der Anbringung der Stumpfgliedmaße, die Personen mit amputierten Distalapatienten besser zur Verfügung stehen, als auch Verbesserungen der Robustheit und der anatomischen Bewegung des kinematischen Verbindungsstabsystems. Zu den nächsten Iterationen des Fingers werden auch Verbesserungen bei der Leistung von Widerständen und Sicherheitsmechanismen zum Schutz der Komponenten bei extremen oder unerwarteten Belastungsfällen gehören.“