Easton LaChappelle: Fokussierte Gedanken lassen Roboterarm fest zugreifen

Eine günstige Armprothese, die durch Gedanken gesteuert wird, hat das US-Unternehmen Unlimited Tomorrow entwickelt. Die Hand ist mit dem 3D-Drucker aufgebaut und steht unter einer freien Lizenz. Golem.de hat den Konstrukteur Easton LaChappelle getroffen.

"Wir haben eine Roboterhand, die mit Gehirnwellen gesteuert wird und Gedanken in Handlungen umsetzt, für einige Hundert US-Dollar", sagt der Chef und Gründer von Unlimited Tomorrow. Ziel sei, die Prothetik-Branche zu verändern. Außerdem will LaChappelle eine intuitive Steuerung für Roboter schaffen.

Hirnströme steuern den Arm

Das System besteht aus zwei Komponenten: der robotischen Hand mit neun Freiheitsgraden und einer Art Stirnband, das auf dem Kopf getragen wird und die Gehirnströme des Trägers misst. Die Signale aus dem Gehirn werden in Steuersignale übersetzt und an die robotische Hand weitergegeben.

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Easton LaChappelle mit zwei der Roboterhände, die er konstruiert hat (Foto: Werner Pluta/Golem.de)

"Man will, sagen wir mal, eine Wasserflasche greifen und hochheben. Man konzentriert sich auf diese Flasche, auf die Details und die Farbe. Je stärker man sich darauf konzentriert, desto fester greift die Hand", sagt LaChappelle. "Das Tolle am menschlichen Gehirn ist, dass es die tatsächliche Bewegung der Hand durch den neuen Gedankenprozess ersetzt. Das wird dann ganz normal. Man muss nicht mehr denken, man agiert wie mit einer richtigen Hand."

Die Hand greift auch sanft

Der Griff eines Roboters ist fest. Aber wie sieht es mit einem sanften Griff aus? Kann die Roboterhand auch ein rohes Ei greifen? Sie könne, sagt der Entwickler. Sie sei mit verschiedenen Sensoren ausgestattet, die das ermöglichten: Die einen erfassten die Belastung der Motoren, die anderen den Druck an den Fingerspitzen. Ein Rückkopplungssystem teile dem Träger der Prothese durch Vibrationen mit, wie fest er greift.

Die Nutzung soll sich leicht erlernen lassen: Einer ihrer Probanden habe es in kurzer Zeit geschafft, erzählt LaChappelle. "Nach zehn Minuten konnte er die Hand flüssig steuern, Griffmuster wechseln und anderes mehr. Das war schon aufregend." Unterstützung bekommt der Träger durch die lernfähigen Algorithmen der Steuerungssoftware.

Die Hand kommt aus dem 3D-Drucker

Die Hand sei mit dem 3D-Drucker aufgebaut, sagt LaChappelle - das mache sie günstig und gebe ihnen die Möglichkeit, ein maßgeschneidertes Produkt herzustellen. Die für 3D-Druck nötigen Dateien stellt Unlimited Tomorrow auf der Website zur Verfügung. Sie stehen unter einer Creative-Commons-Lizenz.

Open Source sei zwar kein Geschäftsmodell, aber es gibt immer noch ein wirtschaftliches Potenzial: Unlimited Tomorrow verdiene Geld mit dem Verkauf des Roboterarms an Schulen, aber auch als Prothese, sagt der Gründer. Außerdem verbietet die Lizenz eine kommerzielle Nutzung durch Dritte. Ein anderes Unternehmen kann also nicht den Arm kopieren und verkaufen.

Das Headset ist ein kommerzielles Produkt

Das Headset hingegen sei ein handelsübliches Produkt. "Ich wollte so viel Vorhandenes wie möglich nutzen - Produkte, in deren Entwicklung Unternehmen Zeit und Geld investiert haben", erläutert LaChappelle. "Wir wollen etwas einsetzen, von dem wir wissen, dass es funktioniert und dass es skalierbar ist." Der Aufwand, ein solches Headset selbst zu entwickeln und herzustellen, sei sehr groß. "Wenn es also ein Unternehmen gibt, das so etwas anbietet, hilft uns das."

Ein weiteres Gerät, etwa ein Steuerungsrechner, wird nicht benötigt. "Ich will, dass alles in sich geschlossen ist. Das bedeutet, dass die ganze Elektronik, der Computer und auch die Akkus in das Produkt hineinpassen", sagt der Konstrukteur.

Exoskelett soll beim Tragen helfen

Sie suchten nach Möglichkeiten, diese Technik auch in anderen Bereichen als der Prothetik zu nutzen. Eine Möglichkeit sei ein Exoskelett, das die physischen Kräfte des Trägers steigere und seinen Körper entlaste. Zudem könne ein solches Exoskelett auch im medizinischen Bereich eingesetzt werden: Ein Gelähmter könnte damit gehen.

Wichtig sei, dass sie sich einfach bedienen lassen. "Es gibt viele robotische Systeme, die keine intuitive Steuerung haben, etwa einen Roboterarm, der 15 Bewegungen beherrscht, aber mit einem oder zwei Joysticks bedient wird. Dadurch limitiert man den Funktionsumfang des Arms", erzählt LaChappelle. Ein wichtiger Teil der Arbeit von Unlimited Tomorrow sei, menschliche Bewegungen zu decodieren und auf eine technische Plattformen zu übertragen. So ließen sich existierende Systeme effektiver nutzen.

Die erste Hand baute LaChappelle aus Lego

LaChappelle hat früh angefangen mit seinen Roboterhänden: Als 14-Jähriger traf er bei einer Veranstaltung ein Mädchen mit einer robotischen Prothese, die 80.000 US-Dollar kostete. Seither arbeitet der heute 19-Jährige an einem eigenen Roboterarm - anfangs aus Lego, inzwischen mit additiven Herstellungsverfahren.

Der hohe Preis sei ein großes Problem der Prothesen. "Sie sind nicht bezahlbar. Aber man braucht sie, um die Aufgaben des täglichen Lebens zu erledigen." LaChappelle will das ändern: "Wir nutzen neue Techniken wie den 3D-Druck", sagt er. "Wir können etwas schaffen, das maßgeschneidert und zweckmäßig ist, aber für einen Bruchteil der Kosten."

US-Präsident Obama schaut sich die Roboterhand an

Seine Arbeit hat ihm schon einige Aufmerksamkeit eingebracht: 2013 präsentierte er seinen Roboterarm, der damals noch mit einem Sensorhandschuh gesteuert wurde, beim Science Fair im Weißen Haus. US-Präsident Barack Obama ließ sich von LaChappelle die Entwicklung erklären.

Die US-Raumfahrtbehörde Nasa engagierte ihn für die Arbeit an dem humanoiden Roboter Robonaut 2. Allerdings zog LaChappelle die Arbeit in seinem eigenen Unternehmen Unlimited Tomorrow vor und verließ deshalb die US-Raumfahrtbehörde wieder.