Wenn zwei zuvor unterschiedliche Sphären miteinander in Wechselwirkung treten, ist dies der Nährboden für Innovationen. Bei einer intelligenten Knieorthese standen der 3D-Druck und die Technologien des Internet of Things (IoT) Pate.
Knieorthese mit integrierter Sensorik, Datenverarbeitung und Übermittlungstechnik
EOS / Kollage Springerprofessional
Indem sie industriellen 3D-Druck, eingebettete Sensorik sowie Konnektivität kombinierten, haben die beiden Unternehmen Eos, Spezialist für den industriellen 3D-Druck, und Blackbox Solutions, Anbieter für industrielle IoT-Lösungen, gemeinsam Neues geschaffen – einen maßgeschneiderten, intelligenten Prototypen einer Knieorthese. Die Orthese, die in diesem Fall zur Stabilisierung, Entlastung, Ruhigstellung, Führung oder Korrektur des Knies dem Patienten angelegt wird, liefert Daten zur Kniebelastung in Echtzeit und hilft so, den Heilungsprozess zu verbessern.
Über die konkrete Anwendung hinaus zeigt sich in dieser Studie das weithin noch nicht genutzte Potenzial, das in der Kombination von additiver Fertigung und IoT-Technologien zu Tage treten kann. Kombiniert man unter hoher Gestaltungsfreiheit additiv gefertigte Bauteile mit eingebetteter Elektronik wie Mikrocontrollern, Sensoren, Aktoren und Einrichtungen der Datenübertragung, entstehen smart parts, die in Echtzeit unterschiedlichsten individuellen Anforderungen gerecht werden können.
The ability of Additive Manufacturing to produce highly flexible and functionally integrated parts fosters the idea to create smart parts that quickly adapt and response to the operation environment." Sheng Yang und Yaoyao Fiona Zhao: Additive manufacturing - enabled design theory and methodology: a critical review" in "The International Journal of Advanced Manufacturing Technology", Ausgabe 1-4/2015, Seite 331.
Der in der Unternehmenskooperation von Eos und Blackbox Solutions entwickelte Prototyp besteht nach Angaben von Eos aus einer eingebetteten technischen Lösung, die sowohl das Nachrüsten bei einer vorhandenen Knieorthese mit einem additiv gefertigten, maßgeschneiderten Ersatzgehäuse erlaubt als auch die direkte Integration in eine komplett additiv gefertigte Orthese. In allen Anwendungsfällen unterstütze das kompakte Format der Sensoren die Leichtigkeit und Ergonomie der Knieorthese insgesamt. Die gewählte Sensortechnologie für Winkel- und Kraftmessungen arbeite berührungslos, was die Integration in die additiv gefertigte Orthese erheblich vereinfache. WiFi und Bluetooth-Low-Energy-Kommunikation ermöglichten ein Echtzeit-Monitoring. Dieses könne entweder über eine direkte WLAN-Verbindung mit der Knieorthese oder über ein mobiles Gerät (z.B. Smartphone) gesteuert werden. Die Datenanalyse erfolge dann entweder auf Remote-Servern, über eine Anwendung auf einem lokalen mobilen Gerät und/oder direkt über den in der Knieorthese eingebetteten Prozessor. Wichtig sei, dass die sensiblen Daten der Nutzer auf sichere Weise vor Ort verarbeitet werden können und somit die Bestimmungen des Datenschutzes und Schutz der Privatsphäre erfüllt werden.
Prototyp soll inspirieren
Individuell gedruckte Orthesen, batteriebetriebene Sensoren und vernetzte Software-Anwendungen können, so das Kalkül der Entwickler, in diesem beispielhaften Anwendungsfall Patienten und Ärzte dabei unterstützen, die richtige Kniebelastung und den damit unterstützten Heilungsprozess in Echtzeit zu verfolgen und Reha-Maßnahmen nach den individuellen Patientenbedürfnissen auszurichten. Zudem ermöglichten die vom intelligenten Bauteil gesendeten Daten dem Hersteller einen unmittelbaren Einblick in die Nutzung und Leistung seines Produkts, so dass er künftige Versionen verfeinern und verbessern könne. Somit könne dieser Ansatz, so das Fazit der Entwickler, verschiedensten Branchen als Inspiration dienen und auf völlig anders geartete Anwendungen übertragen werden.