Panorama

Roboterhand hilft Reha-Patienten

«Intelligente» Maschinen imitieren nicht nur den Menschen, sondern können ihn auch ersetzen.

Christoph Neidhart

Fast die Hälfte aller Roboter der Welt leben in Japan, einige von ihnen als Prominente. Asimo, eine Schöpfung der Automobilfirma Honda, kann Treppen hochsteigen und rennen, Toyota betreibt ein Roboter-Orchester mit Trompeter und Geiger, die den Ton genau wie ein Mensch erzeugen. Kansai, ein Geschöpf der Meiji-Universität, das noch in Entwicklung begriffen ist, hat ein menschliches Gesicht, das 36 verschiedene Ausdrücke annehmen kann, je nachdem, welche Wörter es hört. Einmal im Jahr findet in Japan ein Fussballturnier für humanoide Roboter statt; so nennt man Roboter, die zwei Beine, zwei Arme und einen Kopf haben und tun, was normalerweise Menschen tun.

Wichtiger als die humanoiden Roboter sind freilich die Industrieroboter, fest verankerte Ungetüme ohne Kopf. Viele von ihnen haben nur einen einzigen Arm, doch der hat vier oder fünf Gelenke. Eine Ähnlichkeit mit Menschen ist auch mit viel Fantasie nicht zu erkennen. Dennoch verrichten diese Roboter schwere, oft komplexe Arbeitsgänge, die bis vor kurzem von Menschen geleistet wurden. In Autofabriken die Montage von Windschutzscheiben und Wagentüren zum Beispiel. Weltweit sind derzeit knapp 1,5 Millionen Industrieroboter im Einsatz, ein Drittel davon in Japan. Vor zehn Jahren waren es mehr als die Hälfte, jedes Jahr werden etwa 100'000 neue Industrieroboter hergestellt, der grösste Teil von ihnen in Japan.

Neue Perspektiven für Medizin

Humanoide Roboter sind spektakulär, aber in der Anwendung bisher eher nutzlos. Wozu braucht man ein Roboter-Orchester? Industrieroboter dagegen sind äusserst nützlich, aber wenig attraktiv. Doch die Trennlinie zwischen «intelligenten» Maschinen, die Menschen imitieren, und solchen, die Menschen ersetzen, verschwimmt zusehends, besonders in der Medizin. Da werden einerseits Roboter eingesetzt wie Paro, ein künstlicher Seehund, der mit Menschen interagiert; er winselt wohlig, wenn er gestreichelt wird, und kuschelt sich an die Hand. Paro hilft, die Zerfallsprozesse im Gehirn altersdementer Patienten zu verzögern. Andrerseits eröffnen Projekte wie die sogenannte Gifu-Hand der Medizin neue Perspektiven für die Therapie, die Schulung, und künftig sogar für die Prothetik.

Die Gifu-Hand ist eine Roboterhand, sie soll die Funktionen der menschlichen Hand genau nachahmen. Sie kann beispielsweise einen Tennisball fangen. Entwickelt wird sie an der Universität Gifu in der gleichnamigen Präfektur. Wie oft in der japanischen Provinz findet man auch im ländlichen Gifu Firmen und Institute, die in ihrer Nische weltweit führend sind. Im dritten Stock der Ingenieursabteilung, in einem engen, mit Computer, Feinmechanik und Büchern verstellten Labor demonstrieren uns Haruhiso Kawasaki, der Vater der Gifu-Hand, und sein Team ihre in Stahl und High-Tech glänzende mechanische Hand, die dem Begriff «eiserne Faust» eine völlig neue Bedeutung verleiht.

Kein Gefühl für Oberflächen

Auf der Gifu-Hand sind 850 Berührungssensoren montiert. Springt der Tennisball gegen die Handfläche, dann löst dies einen Greifreflex aus – wie bei einem Baby. Der Daumen der Gifu-Hand hat vier Gelenke mit vier Freiheitsgraden, die vier Finger je vier Gelenke mit drei Freiheitsgraden. Die gegenüber der menschlichen Hand zusätzlichen Gelenke verbessern die Beweglichkeit der Mittelhand.

Für die Natur einer Oberfläche hat die Gifu-Hand kein Gefühl. Sie kann also zum Beispiel nicht feststellen, ob die Oberfläche des Tennisballs aus Filz ist oder ob es ein Ball aus Leder ist.

Therapie für Reha-Patienten

Ihre erste praktische Anwendung findet die künstliche Hand in der Rehabilitation halbseitig gelähmter Schlaganfall-Patienten. Ein Doktorand sitzt vor einem Computer, um das zu demonstrieren. An der Linken trägt er einen Daten-Handschuh, der jede seiner Bewegungen registriert. An der Rechten, im Falle eines Schlaganfall-Patienten wäre sie die gelähmte Seite, trägt er einen Lederhandschuh, auf dem eine Gifu-Hand montiert ist. Der Computer erteilt Befehle: «Faust machen», «den Ring- und den kleinen Finger anwinkeln», «mit dem Daumen über die Innenfläche streichen». Der Doktorand führt die Bewegungen mit der Linken aus, die «kranke» Rechte macht jede Bewegung zeitgleich mit. So lernt das Gehirn, die durch den Hirnschlag verlorene Kontrolle zurückzugewinnen.

Der Doktorand braucht sich nicht an die Computer-Anweisungen zu halten. Nun lässt er seine «gesunden» Finger tanzen. Die Gifu-Hand macht alles mit – ohne jede Verzögerung. Die grössten Schwierigkeiten bei der Entwicklung der Gifu-Hand ergaben sich nicht im mechanischen Aufbau der künstlichen Hand, sondern in den Computerprogrammen – vor allem weil die Gleichzeitigkeit der Bewegung für den Lernerfolg von Schlaganfall-Patienten zentral ist.

Brustkrebs virtuell ertasten

Eine umgekehrte Anwendung, die Kawasaki im Prototyp auch schon vorführen kann, ist der Unterricht diagnostischen Palpierens. Medizinstudenten haben kaum Gelegenheit, in der Praxis zu lernen, wie man einen Brustkrebs ertastet. Ein Student Kawasakis sieht auf einem Bildschirm eine Brust, unter dem Tisch liegen seine Fingerspitzen auf den Fingern einer modifizierten Gifu-Hand auf. Er tastet virtuell die Brust ab, die er auf dem Bildschirm sieht. Die Roboter-hand ist so programmiert, dass der Student das Gefühl erhält, er taste eine Brust ab.

Kawasaki stellt sich auch vor, die Technologie, wenn sie ausgereift ist, zur Übertragung von Tasterlebnissen zu nutzen: Das könnte gerade für die medizinische Diagnostik sinnvoll sein.

Und dereinst dürfte die Gifu-Technologie auch zur Steuerung künftiger Hand-Prothesen genutzt werden. Aber bis dahin ist es noch ein weiter Weg.

Vielseitig einsetzbar: Ein Wissenschaftler demonstriert die Funktionsweise der Roboterhand Gifu. Foto: Christoph Neidhart

(Tages-Anzeiger)

Erstellt: 15.05.2010, 07:41 Uhr

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