Forschende entwickeln "Schlaganfall-Handschuh" fürs Klavierspielen

Schlaganfälle können eine massiven Rehabilitationsbedarf nach sich ziehen. Reha-Therapien, um das Gehen, Sprechen und Verrichten alltäglicher Aufgaben wieder zu erlernen, sind etabliert. Aus der Forschung wüsste man, dass Musiktherapie dabei helfen kann, Sprache und Motorik zurück zu erlangen. Jedoch muss auch das Musizieren selbst häufig wieder erlernt werden. Forschende rund um Maohua Lin, Professor für Mechanical Engineering an der Florida Atlantic University (FAU) haben ein intelligentes Hand-Exoskelett entwickelt, dass Schlaganfallpatienten dabei helfen soll, das Piano-Spielen wieder zu erlernen. 

Laut "Pressetext" handelt es sich bei dem Exoskelett um einen mehrschichtigen, flexiblen, 3-D-gedruckten Roboter-Handschuh. Er wiegt 191 Gramm und soll mit weichem, flexiblen Material individuell an die Anatomie von Trägerinnen und Trägern angepasst werden können. Die Studie der FAU-Forscher zeigt, "dass unser intelligenter Exoskelett-Handschuh mit seinen integrierten taktilen Sensoren, weichen Aktuatoren und künstlicher Intelligenz (KI) das Wiedererlernen manueller Aufgaben nach einem Neurotrauma wirksam unterstützen kann", so Lin.

Das Klavierspielen verlangt Finesse. Die weichen pneumatischen Aktuatoren in den Fingerspitzen erzeugen die nötige Bewegung und Kraft um feine Handbewegungen nachzuahmen. Zudem ist jeder Finger mit 16 flexiblen Sensoren ausgestattet, die den Tragenden beim Berühren von Oberflächen oder Gegenständen taktile Empfindungen vermitteln. Die Herstellung des Handschuhs sei einfach, da alle Aktuatoren und Sensoren in einem einzigen Gussverfahren angebracht werden. "Der Handschuh führt die Hand, stützt sie und erhöht ihre Geschicklichkeit", so Studien-Hauptautor Erik Engeberg.

Mary had a little lamb

Patienten können zwei Handschuhe gleichzeitig tragen, um beide Hände unabhängig voneinander zu unterstützen. Maschinelles Lernen kommt in dem Handschuh ebenfalls zum Einsatz. Damit lernt der Handschuh gewissermassen, die richtige und falsche Version eines Anfängerliedes auf dem Klavier zu "fühlen". Dies geschehe ohne menschliche Eingabe. Als Testlied wählten die Forschenden "Mary had a a little lamb" das mit vier Fingern gespielt werden muss. In Tests konnte der Handschuh erfolgreich zwischen dem richtigen und falschen Klavierspielen unterscheiden.

Die Forschenden sehen in dem Handschuh ein wertvolles Instrument für die persönliche Rehabilitation von Menschen, die das Musizieren wieder erlernen wollen. Der Handschuh kann so programmiert werden, dass er Trägerinnen und Trägern Rückmeldung in Form von haptischem Feedback, visuellen Hinweisen oder einem Ton gibt, wenn beim Spielen etwas richtig oder falsch gelaufen ist. 

Der Handschuh hätte auch Potenzial zur Nutzung abseits des Musizierens, bedürfe laut Lin dafür jedoch weiterer Anpassung und Forschung. "Dazu gehören die Verbesserung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Tastsinns, die Verbesserung der Anpassungsfähigkeit und Geschicklichkeit des Exoskelett-Designs sowie die Verfeinerung der Algorithmen für das maschinelle Lernen, um Eingaben des Nutzers besser interpretieren und darauf reagieren zu können", erklärt Lin weiter. 

Derweilen schraubt die ETH Zürich an einem intelligenten Blindenstock. Was das Projekt "Next Guide" alles kann erfahren Sie hier.