Fraunhofer-Verbund Mikroelektronik in Kooperation mit den Leibniz-Instituten FBH und IHP
Problemstellung
Jährlich verlieren europaweit eine halbe Millionen Menschen das Gefühl in der Hand durch eine Nervenverletzung im Handgelenksbereich. Diese still leidende Gruppe besitzt noch ihre Hand, ist also äußerlich nicht direkt als körperlich eingeschränkt erkennbar, in ihrem Sozial- und Arbeitsleben ist sie allerdings stark beeinträchtigt. Nach einem Nervenschaden verlieren sie nicht nur das Gefühl in der jeweiligen Gliedmaße und dadurch dessen Selbstattribution, sondern auch die Propriozeption, die einem gesunden Menschen in jeder Situation mitteilt, in welcher Beugung und wo im Raum sich seine Gliedmaßen befinden. Das fehlende Feedback schränkt die Patienten und Patientinnen in ihrer Bewegungsfreiheit sehr ein, lässt sie sich unvollkommen fühlen und es kann zu Sekundärverletzungen und Phantomschmerzen kommen.
Die Muskeln der Finger befinden sich im Unterarm, weshalb PatientInnen mit Verletzungen im Handgelenksbereich in der Theorie fähig sein sollten ihre Hand normal zu bewegen. Viele können dies jedoch nur unter hoher Konzentration und solange sich die Hand im Blickfeld befindet. Oftmals fallen den Patientinnen und Patienten Tassen aus der Hand, wenn sie ihren Blick heben oder zur Seite wenden. Eine Wiederherstellung des Feedback Loops mit Hilfe eines nicht-invasiven Handschuh-Systems könnte es den PatientInnen erleichtern, alltägliche Bewegungen wieder auszuführen, ihre Hand wieder als ihre eigene anzuerkennen, Sekundärverletzungsraten zu reduzieren und Phantomschmerzen stark zu reduzieren bzw. zu eliminieren.
Was möchte »Ghost – feel it« erreichen?
Das Unternehmen »Ghost – feel it« hat die Vision, mithilfe nichtinvasiver Technologie Patientinnen und Patienten mit Gefühlsverlust in der Hand das Empfinden wiederzugeben. Dies soll mithilfe eines langen Handschuhs geschehen, welcher in zwei wesentliche Komponenten unterteilt werden kann; den Sensor-Handschuh und die Aktor-Weste.
Der Handschuh ist mit Sensoren ausgestattet, die sowohl Finger- und Handbewegungen als auch Gefühl – sprich Temperatur- und Druckempfindungen, in Echtzeit erfassen und anschließend digitalisiert an die Aktor-Komponente übertragen.
Die Aktor-Weste wird mittels smarter Textilien produziert. Er verbindet die Ausgangssignale des Sensor-Handschuhs mit Vibrationsmotoren, welche codiert Signale an den Körper abgeben und somit den PatientInnen das Gefühl über alternative Reize wieder beibringen.
Technologische Erfordernisse
Bestandteil der Aktor-Weste sind faseroptische Sensorstränge mit integrierten FBG Sensoren zur Multifunktionssensorik (3D Form, Temperatur, Anpressdruck) auf der Grundlage von Femtosekundenlaser-Prozesstechnik.
Die Sende- und Empfangseinheit besteht aus einem vom Fraunhofer HHI entwickelten Faserspektrometer und einer Breitband LED als Lichtquelle. Die Steuerung und Datenauswertung zur Digitalisierung von Bewegung, Temperatur und Druck erfolgt über einen Mikrocontroller.
Entwickelt wird eine Ansteuerelektronik, die entsprechend den Signalen von der Sende- und Empfangseinheit bis zu 21 Aktuatoren separat ansteuern kann. Außerdem werden ein textiles oder dehnbares, textilintegrierbares Substratmaterial sowie entsprechende elektrische Leiter ausgewählt und damit textile Schaltungsträger entwickelt auf dem die Aktuatoren kontaktiert werden.
Am Projekt beteiligte FMD-Institute
- Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI
- Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM
Das Fraunhofer HHI verfügt über die benötigte Expertise im Bereich der Optik und faseroptischen Sensorik sowie Integration der optischen Multifunktionsfaser in einen Handschuh.
Das Fraunhofer IZM verfügt über die benötigte Expertise in der Miniaturisierung der Optoelektronik für die Sende- und Empfangseinheit und in Technologien zur Integration von Elektronik in Textilien.
Zielstellung mit der FMD
Ziel des Projektes ist es, durch Zusammenführung der Kompetenzen von Fraunhofer HHI und Fraunhofer IZM, Ghost einen Prototypen eines Faseroptischen Multifunktions-Handschuhs in Kombination mit einer vernetzten Aktor-Weste bereitzustellen.
