c't 21/2019
S. 50
News
Bionik, Carbon Nanotubes, Molekülschalter

Prothese leitet Reize ans Gehirn

Ein künstliches Bein mit Sensoren an der Fußsohle überträgt Druckempfindungen an die Nervenbahnen. Der Patient fühlt, wenn der Fuß auftritt.

Die Prothese leitet das Druckempfinden weiter bis ins Gehirn: Mit neuem Feingefühl machen Laufen und Radfahren mehr Spaß. Bild: ETH Zürich

Die bionische Beinprothese, die ein internationales Forscherteam an Freiwilligen erprobt hat, beruht auf einer kommerziell erhältlichen Prothese mit elektronischem Kniegelenk. Die Prothese eignet sich also für Träger, denen ein Bein oberhalb des Knies amputiert worden ist. An der Sohle des Prothesenfußes haben die Wissenschaftler acht Berührungssensoren befestigt, zusätzliche Bewegungssensoren registrieren die Knieaktivität.

Die besondere Herausforderung bestand in der Entwicklung einer Schnittstelle der Beinprothese zu den Nerven im Oberschenkel der Testnutzer. Chirurgisch ließen die Forscher unter der Leitung von Dr. Stanisa Raspopovic, Professor am Institut für Robotik und Intelligente Systeme der ETH Zürich, Elektroden in den Oberschenkeln der Testläufer platzieren und diese mit den Beinnerven verbinden. Das Ziel war es, eine stabile Schnittstelle und im Endeffekt ein möglichst lebensechtes Gefühl für die erkannten Reize zu erzeugen.

Die Testpersonen absolvierten schließlich einige Aufgaben, sowohl mit als auch ohne die Weiterleitung der Sensorenreize. Man weiß, dass viele Prothesenträger ihrem gesunden Bein stärker vertrauen. Weil sie nicht spüren, ob ihr künstlicher Fuß etwa schon am Boden ist oder noch in der Luft hängt, stolpern sie und stoßen sich. In den Versuchen konnten die Probanden mit Neurofeedback wesentlich schneller über Asphalt und sogar durch Sand gehen. Sie mussten sich weniger anstrengen und hatten stärkeres Vertrauen in die Prothese mit Nervenanschluss als in eine ohne.

Zudem haben die Wissenschaftler die Neuroschnittstelle am Stumpf für eine Neurostimulationstherapie genutzt. Die beiden Testpersonen, die bis dahin über heftige Phantomschmerzen klagten, hatten nach einem Monat keine beziehungsweise nur noch geringe Schmerzen. (agr@ct.de)

Chip aus Nanoröhrchen

Bestückt mit über 14.000 Transistoren aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen: Die MIT-Ingenieure haben ihren Chip in Wafertechnik hergestellt. Bild: MIT

Am MIT sind die Forscher einen großen Schritt auf dem Weg vom Silizium-Chip zur Kohlenstoffnanoröhrchen-Technik vorangekommen. Sie bauten einen 16-Bit-Mikroprozessor mit mehr als 14.000 Kohlenstoffnanoröhren-Transistoren in RISC-V-Architektur. Die Forschungsgruppe um Max Shulaker am MIT ließ auf dem Chip Programme ablaufen und konnte den gesamten Befehlssatz nutzen. Die Transistoren aus Kohlenstoffnanoröhren schalteten nicht nur schneller als Siliziumtransistoren, sie könnten nach Studien der Wissenschaftler auch bis zu zehnmal energieeffizienter arbeiten.

Der besondere Reiz des neuen MIT-Chips: Er ist in herkömmlichen, serienfähigen Verfahren wie beispielsweise der Wafer-Technik gefertigt. Den Forschern gelang es, dabei die Ausschussquoten der Kohlenstoffnanoröhren-Transistoren gehörig zu senken. Sie setzten ausschließlich auf Techniken, die sich auch mit Anlagen zur Herstellung heutiger Silizium-Chips umsetzen lassen. (agr@ct.de)

Magnet durch Licht gesteuert

In der Entdeckung eines neuen Stoffes sehen die Forscher um Professor Dr. Wolfram Sander von der Ruhr-Universität Bochum eine Chance für Speichermedien der Zukunft. Grünes Licht genügt, um das Molekül 3-methoxy-9-flourenylidene in einen paramagnetischen Zustand zu bringen. Es richtet sich also nach einem äußeren Magnetfeld aus. Blaues Licht schaltet das Molekül um, es bildet ein schwaches entgegengesetztes magnetisches Moment. Das Geheimnis liege in der Methoxygruppe, die lichtgesteuert ihre Position im Molekülaufbau ändert. Leider ist der Stoff nur in sehr tiefen Temperaturen einsatzbereit, etwa zwischen –70 und –170 Grad Celsius. Die Bochumer forschen nun nach ähnlichen Materialien für höhere Temperaturen. (agr@ct.de)

Kommentieren