Power im Fuß

Hugh Herr, Leiter der Biomechatronik-Gruppe am MIT Media Lab, arbeitet bereits seit den Neunzigerjahren an besseren Prothesen. Als "Model" selbst vorgeführt hat er sie allerdings noch nie. Der Forscher, der bei einem Bergunfall im Jahre 1982 selbst beide Beine verloren hat, konnte dies in der vergangenen Woche jedoch nachholen: Auf der "h2.0"-Konferenz des MIT Media Lab präsentierte er eine neuartige Fußprothese, die ein künstliches Gelenk enthält, live auf der Bühne.

"Das ist die erste Prothese, die tatsächlich einen Gang erlaubt, der dem des Menschen ähnelt", erklärte Herr während der Präsentation stolz. Wie das geht, zeigte er im Direktvergleich: Er trug die neue Prothese am rechten Bein und seine Standard-Prothese am linken: "Die Prothese ist stark genug, meinen Körper nach vorne zu bewegen. Sie hat genügend Kraft, mich eine Treppe hinaufzutragen."

Die meisten Prothesen sind passiv und besitzen keinen aktiven Antrieb, der den Träger beim Gehen unterstützt. Deshalb verbrauchen Prothesenträger beim Fußmarsch normalerweise 30 Prozent mehr Energie als ein gesunder Mensch. "Das schlägt sich auf ihre Ausdauer nieder", erläutert Hilmar Janusson, Vizepräsident für Forschung und Entwicklung beim isländischen Prothesenhersteller Ossur.

Herr entwickelte deshalb in den vergangenen zwei Jahren zusammen mit seinem Team erstmals eine Prothese, die sich deutlich stärker am menschlichen Fuß und seinem Gelenk orientiert. Wenn wir laufen, "speichern" Bänder und Sehnen die Energie, die produziert wird, wenn der Fuß auftritt. Diese Energie wird dann dazu verwendet, um den Fuß nach vorne zu bewegen, erläutert Herr: "Die Architektur des menschlichen Beins ist enorm elegant: Wenn wir laufen, ergibt sich ein perfekter Energietransfer von Sehne zu Sehne."

Diesen Mechanismus baute der Forscher nun nach – mit einer Reihe von Federn und einem kleinen, batteriebetriebenen Motor. Die kinetische Energie der Vorwärtsbewegung des Gehers wird dabei in einer motorgetriebenen Feder zwischengespeichert und wieder abgegeben, wenn sich der Fuß vom Boden hebt. So ergibt sich ein Drang nach vorne. "Das ist wie bei einer Bremse mit Energierückgewinnung", erläutert Thomas Sugar vom Human Machine Integration Lab an der Arizona State University, der an einer ähnlichen Prothese wie Herr arbeitet.

Das neue Fußgelenk ist 20 Prozent effizienter als ältere Prothesen – eine deutliche Verbesserung, wenn man bedenkt, dass viele Forscher früher nur 3 bis 4 Prozent mehr Leistung aus Neuentwicklungen herausholen konnten. "Habe ich die Prothese umgeschnallt, ist es so, als würde ich in einem Flughafen einen Fahrsteig betreten", so Herr.

Der MIT-Forscher und sein Team arbeiten derzeit an einer leichteren und robusteren Version ihrer Entwicklung. Bereits im nächsten Jahr soll die Technik dann an erste Hersteller gehen und möglichst bald vermarktet werden: "Wenn wir das System optimiert haben, läuft ein Prothesennutzer energieeffizienter als ein gesunder Mensch."

Herr-Kollege Sugar und sein Team an der Arizona State University arbeiten unterdessen an Prothesen, die sich auch für Schlaganfallpatienten eignen. Eine Variante wird über dem Bein getragen und unterstützt den Träger beim Gehen sowie im Reha-Prozess.

Auch das US-Militär interessiert sich inzwischen für die Technik: Neben einem Einsatz bei Kriegsveteranen könnte sie auch für normale Soldaten interessant sein, die lange Strecken laufen müssen. (bsc)