iProt: Entwicklung einer dynamisch anpassbaren und exoskelettbasierten Unterschenkelprothese mit aktiver Unterstützung des individuellen Gangbilds

Beinamputierte mit unterschiedlichen Amputationshöhen benötigen zur Wiederherstellung der Gehfähigkeit eine Beinprothese. Der Prothesenschaft liegt in der Regel vollflächig am Stumpf an und überträgt die Gewichtskraft im Wesentlichen an belastbare Bereiche des Stumpfes.

Die industriellen Bauteile für den Aufbau der jeweiligen Prothesenschaft sind Serienteile, die von Industrieherstellern in verschiedenen Ausstattungen angeboten werden und abhängig von der Mobilität, dem Körpergewicht und den Funktionsansprüchen ausgewählt werden. Der Prothesenschaft wird dagegen ganz individuell an den Amputierten angepasst – in der Regel vom Orthopädietechniker vor Ort. Der Prothesenschaft muss optimal angepasst sein, um die entstehenden Kräfte beim Gehen und Stehen übertragen zu können.

Als Problem bei dem Prothesenschaft wird häufig die schlechte Wärmeabfuhr beschrieben. Gerade bei höheren Temperaturen schwitzen Amputierte sehr stark im Prothesenschaft, da hier keinerlei Luftzirkulation möglich ist. Da der Prothesenschaft sehr flächig anliegen muss, sind keine Fensterungen oder sonstige Belüftungsmaßnahmen im großen Maße möglich. Im geplanten Innovationsprojekt soll ein Amputationsschaft entwickelt werden, welcher die Nachteile z.B. ungleichmäßige Belastbarkeit und Temperaturverteilung, bestehender Lösungen ausgleichen kann.

Forschungsziele

Hauptziel des Projekts ist die Entwicklung einer exoskelettbasierten Unterschenkelprothese mit

adaptiven Unterschenkelstumpfschaft, Wärmeregulation und integrierter Energieversorgung

sowie der aktiven Unterstützung des individuellen Gangbilds. Weitere Teilziele sind in Folge zu erläutern.

a) Entwicklung eines 3D-gedruckten Unterschenkelprothesenschaftes mit verstärkendem Exoskelett.

b) Entwicklung eines Expansionspelottensystem zur individuellen Regulierung der Passeigenschaften eines Unterschenkelprothesenschaft mit Kühl- und Wärmefunktion.

c) Entwicklung einer KI-gestützten Steuereinheit zur Optimierung des individuellen Bewegungsablaufs auf der Grundlage von Energy Harvesting mit Dämpfungsfunktion.

d) Entwicklung additiv gefertigter flächiger Drucksensoren für den flexiblen Einbau in einen Prothesenschaft.

Das Projekt wird gemeinschaftlichen vom Fachgebiet Optical Engineering der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe und Institut für Energieforschung (TH OWL, iFE), dem Fraunhofer IOSB-INA, dem Ingenieurbüro Kremser und der NatStruct AG bearbeitet.