Sonntag, 28. August 2016
Handwerksblatt Logo
Anzeige

Hightech für ein neues Laufgefühl

Der Transferpreis OWL 2010 ging erstmals auch ans Handwerk: Orthopädiemechaniker- und Bandagistenmeister Michael Winkler aus Minden wurde gemeinsam mit seinen drei Partnern ausgezeichnet.

Prothese_frei
Foto: Sigrid Urban


Laufen ist mühsam. Jemandem, der ein Bein verloren hat und mit einer Prothese zurechtkommen muss, ist das deutlich anzusehen.  Die Bewegungen sind langsam, zuweilen ungleichmäßig, bergauf gehen ist schon sehr beschwerlich, Stufen bewältigen mit dem Ersatzbein gar nicht möglich. Selbst mit einer ganz modernen Prothese, die bereits mit Mikroprozessoren in Knie und Fuß ausgestattet ist.

„Das wollten wir verbessern“, hatte sich der Orthopädiemechanikermeister Michael Winkler aus Minden in den Kopf gesetzt, als er ein Gemeinschaftsprojekt mit drei Forschungs- und Industriepartnern begann.  „Unser Ziel war, Bein- und Fußprothesen serienreif zu entwickeln, die den Trägern auch unter hohen Belastungen schnelle und kraftsparende Bewegungen möglich machen“, erinnert sich Winkler. Diesen Plan hat das Team so hervorragend umgesetzt, dass es jetzt dafür mit dem Technologiepreis OWL ausgezeichnet wurde.

Laufen ist nicht mehr so anstrengend

„Heute verwendete Kniegelenke arbeiten mit Dämpfern ohne Kraftrückstellung“, erklärt Winkler. Die Folge: Der Patient kann mit diesen Gelenken keine Hebekraft im Fuß oder im Kniegelenk entwickeln. Die Laufbewegungen werden deshalb im Vergleich zu einem Nicht-Amputierten langsamer und ungleichmäßiger, und die für eine natürliche Bewegung charakteristische Reaktionszeit von 40 bis 60 Millisekunden kann nicht eingehalten werden. Der Energieaufwand für den Laufvorgang steigt zudem um das Zwei- bis Dreifache.

 „Es gibt zwar bereits ein sogenanntes Powerknie, das diese Nachteile nicht mehr hat, aber es ist sehr schwer und arbeitet sehr laut“, sagt Winkler. „Wir haben etwas Neues entwickelt.“

Prothesenschaft mit Sensoren

Das Forscherteam aus Sensor- und Computerexperten, Materialwissenschaftlern und eben Michael Winkler hat den Prothesenschaft mit Sensoren ausgestattet, die die elektrischen Muskelsignale aus dem verbleibenden Beinstumpf abgreifen. „Der Prozessor in der Prothese erkennt auf diese Weise, was das Bein tun soll“, sagt der Experte, „und gibt die entsprechenden Signale an Knie- und Fußgelenk weiter.“ Zudem wandelt der Computer im Knie die Muskelspannung im Oberschenkelstumpf und die Bewegungsenergie in Kraft um, mit der sich das Bein beugen und strecken lässt.

Das Bewältigen von Stufen wird möglich, sogar „eine Kniebeuge gleichzeitig mit dem gesunden Bein“, freut sich Winkler.  Mit der neuen Technik wankt ein Prothesenträger nicht mehr, sondern bewegt sich fast natürlich. Das Umschalten der Gehbewegungen zwischen schnellem und langsamem Gehen, Joggen, Abstoppen und Drehen kann durch dieses System in Echtzeit ausgeführt werden.  Die Koordinierung der Bewegungen übernimmt eine Elektronik, die von speziell entwickelten Computeralgorithmen gesteuert wird. Dazu musste die sehr komplexe menschliche Bewegung auf ein realitätsnahes Modell reduziert werden.

Muskulatur erforderlich

 „Um mit unserer Prothese gut laufen zu können“, erklärt Winkler, „muss ein Patient aber den Laufvorgang einmal gelernt haben.“ Zudem ist eine mindestens durchschnittlich ausgepägte Muskulatur erforderlich, die die nötigen Impulse an den Computer im Knie geben kann. Umgekehrt lernt der Computer aber auch von den Bewegungen des Patienten und unterstützt dann die Gehbewegung selbstständig.  „Damit sind Sport und Bewegung bis ins hohe Alter für Prothesenträger denkbar“, erklärt Michael Winkler. Denn selbst den Alterungsprozess, in dem sich Bewegungen ja bekanntlich verändern, registrieren die Prozessoren und reagieren entsprechend.

Eine wichtige Rolle für die neue Prothese spielt auch der Werkstoff Carbon. In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)  wurden seine Materialeigenschaften so verbessert, dass er leicht verformbar ist und sich die Materialstärke auf die Hälfte reduzieren ließ.  Alle Tests im Labor hat die neue Prothese erfolgreich bestanden. Ab November werden die ersten Patienten ihre Anwendung testen. Ein Patent ist in Vorbereitung. Im nächsten Jahr soll die Prothese auf den Markt kommen. 

Forschen mit der Universität Paderborn

Orthopädietechnik Winkler entwickelt und produziert mit acht Mitarbeitern Prothesenpassteile, Arm- und Beinprothesen sowie Sportprothesen.
Die iXtronics GmbH bietet kundenspezifische Dienstleistungen und Technologie für die rechnergestützte Entwicklung mechatronischer Systeme. Gemeinsam mit der Universität Paderborn forschen sie im Bereich Biomechatronik und Humanoide Robotik, um Prothesenträgern künftig fließende Bewegungen ohne vermehrten Energieaufwand möglich zu machen. Das Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) steuerte Know-how in den Bereichen Strukturmechanik, Faserverbundtechnologie und Adaptronik bei.

Der mit 5.000 Euro dotierte Transferpreis OWL für hochkarätige Technologie-Transfer-Projekte zwischen Wirtschaft und Wissenschaft wird seit 2004 gemeinsam von der Handwerkskammer OWL, den beiden IHKs Bielefeld und Detmold, der Initiative für Beschäftigung OWL sowie der Stiftung Standortsicherung des Kreises Lippe ausgelobt. Einer der ersten Gratulanten in diesem Jahr war Wolfgang Borgert, stellvertretender Hauptgeschäftsführer der Handwerkskammer OWL und Jurymitglied: „Die hohe Komplexität des Projekts und die erfolgreiche Integration verschiedener Disziplinen wie Sensorik, Mechatronik und Werkstofftechnik haben die Jury besonders überzeugt.“ 

Handwerk rege vertreten

„Wir hatten vier hervorragende Finalisten“, lobte Jury-Sprecher Professor Gunther Olesch das hohe Niveau der diesjährigen Preisvergabe. Insgesamt hatten sich 35 Kandidaten beworben. Unter den vier Endrundenteilnehmern war ein weiterer Bewerber aus dem Handwerk: die Müller Umwelttechnik GmbH & Co. KG aus Schieder-Schwalenberg. Als einer der globalen Branchenführer im Bereich Kanalreinigung entwickelt das Unternehmen derzeit in Zusammenarbeit mit der Hochschule Ostwestfalen-Lippe im Rahmen eines ZIM-Projektes ein optimiertes Kanalreinigungsfahrzeug, das mit weniger Gewicht und geringerem Energiebedarf eine höhere Arbeitsleistung erbringt.

Nachts muss es dunkel sein
Alle 3,5 Minuten gibt es einen tödlichen Arbeitsunfall

Leserkommentare

nach oben