Wissenschaftler der University of Queensland setzen Ultrabreitband-Radarsensoren ein, um damit menschliche Muskelkräfte, etwa in den Beinen, zu messen. Die Kräfte werden über die Messung elektromagnetischer Veränderungen in der Muskulatur erfasst. Die Sensoren müssen nicht eingepflanzt werden, sondern können außen am Körper angebracht werden. Angedachter Zweck der Sensoren ist, Muskelkräfte für die Ansteuerung von Mobilitätshilfen wie Exoskeletten oder robotischen Prothesen zu messen und in der Rehabilitation eingesetzt zu werden.

Die Kräfte bei menschlichen Muskelkontraktionen zu messen, sei schwierig, sagt Christopher Bird, Doktorand an der University of Queensland. Um sie präzise ermitteln zu können, müssen Sensoren direkt in das Gewebe implantiert werden. Das ist allerdings nicht praktikabel, wenn Mobilitätshilfen mit solchen Sensoren etwa bei älteren, gehtechnisch eingeschränkten Menschen oder bei Erkrankungen der Motoneuronen massenhaft eingesetzt werden sollen. Sensoren für die Bestimmung der Muskelkraft sind jedoch für Systeme, die Bewegungen robotisch unterstützen sollen, unerlässlich.

Muskelkraft messen mit Radar-Technik

Die Sensoren der Forscher der University of Queensland nutzen auf der Haut angebrachte Ultrabreitband-Radarantennen, wie aus der Studie „Ultra-wideband radar to measure in vivo muscle forces“ hervorgeht, die in Science Robotics erschienen ist. Sie senden elektromagnetische Impulse in die Muskulatur und ermitteln, wie sich die ausgesendeten Signale, die reflektiert werden, während einer Muskelkontraktion ändern. Allerdings hat diese Technik noch einen Nachteil. Die Kraftmessungen erfolgen mit einer zeitlichen Verzögerung. Die Forscher wollen deshalb daran arbeiten, sie für eine Echtzeitmessung flottzumachen, um sie in robotischen Assistenzsystemen einsetzen zu können.

Die Radar-Sensoren könnten aber nicht nur in robotischen Mobilitätshilfen eingesetzt werden, sondern auch in der Rehabilitation nach Verletzungen. Bei manchen Rehabilitationsmaßnahmen werden elektrische Impulse zur Stimulation von Muskeln genutzt, um die verlorene willkürliche Kontrolle über sie wiederzuerlangen. Das Problem dabei: Diese Form der Therapie kann Muskelermüdungen auslösen und zu Gewebeschäden führen, weil geeignete Instrumente zur Messung der Muskelkraft fehlen, um die Grenzen der Anwendungen rechtzeitig zu ermitteln.

Die Ultrabreitband-Radarsensoren könnten das ändern und dabei helfen, die Therapien zu optimieren. Zugleich könnte etwa Sportlern dabei geholfen werden, den optimalen Einstieg ins Training nach einer Verletzung zu finden. Auch könnten Muskelkraftmessungen dazu genutzt werden, um zu entscheiden, ob möglicherweise therapeutische Maßnahmen zur Behandlung einer Verletzung ausreichen oder ein chirurgischer Eingriff nötig ist.

(olb)