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Fachartikel: Wenn Technik dem Menschen hilft

Rotationsbremsen in Anti-Tremor-Orthese

10.03.2023
von Redaktion ANTRIEBSTECHNIK
Rotationsbremsen arbeiten nach dem Prinzip der Flüssigkeitsdämpfung

Weltweit leiden über 30 Millionen Menschen unter unwillkürlichem Zittern in den Armen als Folge der Parkinson-Krankheit oder des essenziellen Tremors. Ein niederländisches Start-Up hat sich mit einem Stoßdämpferhersteller aus Deutschland für die Entwicklung einer besonderen Anti-Tremor-Orthese zusammengetan. Wichtig sind dabei Rotationsbremsen. 

Tremor ist definiert als eine rhythmische, unwillkürliche oszillierende Bewegung eines Körperteils. Obwohl jeder Mensch von Zeit zu Zeit zittert, zum Beispiel bei Nervosität, beeinträchtigt dieses leichte Zittern alltägliche Aktivitäten nicht. Jedoch führen andere Pathologien zu einem behindernden Tremor. So ist der essenzielle Tremor die häufigste neurologische Bewegungsstörung und betrifft weltweit knapp sechs Prozent der Bevölkerung über 65 Jahre. Behandlungen ohne Medikamente, die das Zittern durch die Modifikation der Biomechanik der Gliedmaßen wirkungsvoll adressieren, können eine sinnvolle Alternativlösung darstellen. Diesen Ansatz verfolgt das niederländische Start-Up STIL mit der neuartigen Orthese zur Zitterstabilisierung – in Verbindung mit Rotationsbremsen.

Ein Geistesblitz

IJsbrand de Lange, CEO und Gründer des Start-Ups, kam erstmals 2014 auf die Idee einer biomechanischen Hilfe. Er erzählt: „Bei dem Zittern handelt es sich um unwillkürliche Bewegungen in den Armen, die entstehen, wenn die Muskeln wiederholt zusammengezogen und gelöst werden. Ich betrachtete dies im Grunde auch als mechanischen Defekt, zumal ich seinerzeit als Maschinenbaubachelor das Problem aus technischer Perspektive sah. Wenn eine Maschine unwillkürlich vibriert, lassen sich aktive oder passive Dämpfungstechniken anwenden und damit Probleme lösen. Warum sollte das bei einer Person nicht funktionieren, dachte ich. Die Idee blieb mir im Kopf und dann hatte ich einen Geistesblitz.“ So baute de Lange für seine Masterarbeit ein Proof-of-Principle-Experimentalgerät, das Erschütterungen replizieren und unterdrücken konnte. Obwohl dieses Gerät seinerzeit noch in den Kinderschuhen steckte, bewies es, dass sich mechanische Kräfte effektiv zur Unterdrückung von Zittern einsetzen lassen.

Technik agiert gegen Zittern

Nach viel Forschungsarbeit entwickelte das Team in Zusammenarbeit mit Patienten und Ärzten eine tragbare Lösung, die das Zittern unterdrückt. Dieses Medizinprodukt leitet über eine kinematische Struktur mit mehreren künstlichen Gelenken biomechanische Kräfte von der Hand auf den Oberarm um. Dieses patentierte Design ermöglicht die volle Bewegungsfreiheit des Arms. Zudem sind in jedem der Gelenke spezielle Dämpfer integriert, die der hochfrequenten Oszillationsbewegung des Tremors entgegenwirken, aber beabsichtigte Bewegungen zulassen. Diese Kombination ermöglicht Tremor Patienten wieder selbstständiges Essen und Trinken.

Die Anti-Tremor-Orthese hat eine speziell entwickelte Dämpfungslösung

Die Anti-Tremor-Orthese hat eine speziell entwickelte Dämpfungslösung

Rotationsbremsen arbeiten nach dem Prinzip der Flüssigkeitsdämpfung

Rotationsbremsen arbeiten nach dem Prinzip der Flüssigkeitsdämpfung

Die Ingenieure entwickelten auf technischer Seite mehrere Generationen der Orthese. Das Team verbesserte kontinuierlich die Konstruktion, teilweise durch Beschaffung verfügbarer Standard-Maschinenelemente. Letzteres war der Fall bei der Identifizierung der richtigen Komponente, die man in die Orthese integrieren musste, um bei der Dämpfung und Steuerung von Hand- und Handgelenksbewegungen zu helfen.

Die Ingenieure versuchte zunächst, handelsübliche Rotationsbremsen zu verwenden, stellten jedoch schnell fest, dass diese Komponenten für den Anwendungsfall nicht geeignet waren. Als das Engineering-Team Unterstützung vom Lieferanten für eine maßgeschneiderte Dämpfungslösung benötigte, gerieten sie in eine Sackgasse.

Mechanik in der Medizin

Während ihrer Recherche identifizierten die Entwickler die Firma ACE Stoßdämpfer, die als möglicher Kooperationskandidat in Frage kam. Da die Firma sowohl mit mechanischer Vibrationskontrolle als auch mit Anwendungen im medizintechnischen Bereich vertraut ist, konnte es direkt spezifisches Wissen für den Anwendungsfall der Orthese einbringen.

So ließen sich im Produktportfolio verschiedene Typen von Rotationsbremsen finden, die bei Tests mit Patienten vielversprechende Ergebnisse lieferten. Dazu Han Titulaer von ACE: …

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Quellen: Autor: Robert Timmerberg M.A., Fachjournalist (DFJV), plus2 GmbH, Düsseldorf / Bilder: ACE, STIL B.V

 

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