Hightech für den Alltag: TH Köln entwickelt aktives Orthesensystem für Menschen mit Armlähmungen

„Während für amputierte Arme heute hochentwickelte Prothesen zur Verfügung stehen, gibt es für Menschen mit Armlähmungen bislang nur wenige aktive Hilfsmittel, die zu ihrem Alltag passen“, sagt Veith von Hahn, Projektleiter des Gründungsvorhabens sowie wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln. „Menschen, die zum Beispiel aufgrund eines Unfalls oder einer neurologischen Erkrankung unter einer Lähmung ihres Arms leiden, erhalten häufig nur passive Armschienen. Durch diese wird der betroffene Arm zwar stabilisiert, bleibt aber funktionslos“, so von Hahn weiter. Das Team setzt deshalb auf eine motorisierte Orthese für die oberen Gliedmaßen, die Bewegungen gezielt unterstützt.

Das modulare System besteht aus vier motorbetriebenen Segmenten für Schulter, Ellenbogen, Unterarm und Hand. Diese sollen individuell oder in Kombination genutzt werden können, um gezielt Bewegungen der betroffenen Teile des Arms zu realisieren. Gesteuert wird die Orthese durch Körpersignale: Speziell entwickelte EMG-Sensoren (Elektromyografie) erfassen auf der Hautoberfläche selbst schwache verbliebene Muskelaktivität. Reicht die körpereigene Kraft für eine Bewegung nicht aus, erkennt das System die Bewegungsabsicht der tragenden Person und setzt sie motorisch um.

Innovation aus eigener Erfahrung

Von Hahn kennt die Hürden, vor denen Menschen mit Armlähmungen stehen, sowie die Grenzen der herkömmlichen Hilfsmittelversorgung aus eigener Erfahrung. Seit einem Unfall ist er selbst von einer Armlähmung betroffen. „Neben den offensichtlichen Einschränkungen der Lähmung im täglichen Leben leiden viele Betroffene unter Folgeproblemen, die mit der Nichtverwendung der gelähmten Gliedmaße einhergehen – etwa Gelenkeinsteifungen, Fehlhaltungen oder Schmerzen“, sagt von Hahn.

Der gelähmte Arm werde zum Ballast, der im Alltag weggesteckt und vom Gehirn als Körperteil ausgeklammert werde. „Eine starre Schiene kann nur sehr bedingt unterstützen, geschädigte Gliedmaße wieder aktiv und zweckdienlich in das Alltagsgeschehen einzubinden. Sie hilft weder beim Anziehen noch dabei, ein Brot zu schneiden oder eine Tür zu öffnen. Die Zielsetzung, dem Arm im Alltag einen Zweck zurückzugeben und Betroffenen damit wieder mehr Selbstständigkeit zu ermöglichen, waren und sind der Antrieb für das Vorhaben,“ erläutert er weiter.

Aus dieser Erfahrung heraus initiierte von Hahn zusammen mit Prof. Dr. Jörg Luderich vom Institut für Produktentwicklung und Konstruktionstechnik der TH Köln das Vorgängerprojekt „PlexoMotion“. Das Vorhaben wurde von 2022 bis 2025 durch das Programm „Start Interaktiv“ des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt unterstützt. In dieser Zeit lieferte das Team den technologischen Beweis (Proof of Principle), dass eine sensorgesteuerte Orthese mit dem vorgesehenen Funktionsumfang realisierbar ist.

Auf dem Weg zum Medizinprodukt

Auf Grundlage dieser Vorarbeiten wird das Orthesensystem im Gründungsvorhaben „ExoAssist“ nun technologisch weiterentwickelt. Das interdisziplinäre Team verbindet dafür Kompetenzen aus den Bereichen Maschinenbau, Softwareentwicklung und Medizintechnik. „Ziel ist es, das System so weit zu entwickeln, dass es perspektivisch als zugelassenes Hilfsmittel eingesetzt werden kann. Dafür sind neben der technischen Weiterentwicklung unter anderem weitere Erprobungen sowie die für Medizinprodukte erforderlichen Prüf- und Zulassungsverfahren notwendig“, so von Hahn.

Über das Gründungsvorhaben

„ExoAssist“ wird im Rahmen des Programms „exist Forschungstransfer I“ bis Mitte 2028 mit rund 1,5 Millionen Euro vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert und durch den Europäischen Sozialfonds (ESF) kofinanziert. Begleitet wird das Team weiterhin von Prof. Dr. Luderich als Mentor, der als Experte für Produktentwicklung und Entrepreneurship seine Erfahrung in der methodischen Produktentstehung, der nutzer*innenzentrierten Konstruktion sowie der Betreuung von Technologie-Ausgründungen einbringt. Darüber hinaus wird das Projekt durch die Coach*innen und die Infrastruktur von Gateway TH Köln – der zentralen Anlaufstelle für Gründungsförderung an der Hochschule – unterstützt.