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Digital Twin ermöglicht eine Revolution in der Prothetik

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Easton LaChappelle wurde hier in seiner Jugend mit einem seiner ersten Roboterarme abgebildet. Heute, im Alter von 26 Jahren, ist er CEO und Gründer von Unlimited Tomorrow, dem Hersteller der TrueLimb-Armprothese.

Eine Tasse selbstbewusst und mühelos in der Hand halten: Für Amputierte, die traditionelle Prothetik verwenden, ist das eine schwierige Aufgabe. Nicht so für Leute, die einen TrueLimb bionischen Arm von Unlimited Tomorrow haben. Elemente aus dem Siemens Beschleuniger Portfolio wie NX und der Digital Twin helfen den Ingenieuren des Unternehmens dabei, erschwingliche, hochwertige Prothesen zu entwickeln, mit denen Benutzer Tassen und vieles mehr halten können.

Easton LaChappelle begann seine Erfinderkarriere als tüftelnder Teenager, der schließlich aus Gegenständen, die im Haus herumlagen, einen Roboterarm herstellte. Die Richtung für seine Arbeit kam, als er auf einer Wissenschaftsmesse ein Mädchen traf, das eine herkömmliche Armprothese hatte — die leicht etwa 80.000 Dollar kosten kann, etwa 4 Pfund wiegt und deren Herstellung bis zu einem Jahr dauern kann. Heute 26 ist LaChappelle CEO und Gründer von Unlimited Tomorrow. Das Startup mit Hauptsitz in Rhinebeck, New York, hat es sich zur Aufgabe gemacht, erschwingliche, leichte und hochwertige Prothesen für Kinder und Erwachsene herzustellen. Unlimited Tomorrow erledigt die Arbeit mit Software in der Siemens Beschleuniger Portfolio, wie die CAD/CAM/CAE-Softwarelösung NX.

Anpassung mit leistungsstarker Software

Das Geschäftsmodell von Unlimited Tomorrow konzentriert sich auf die Fernversorgung, was bedeutet, dass eine Prothese bequem von zu Hause aus bestellt werden kann. Der Prozess beginnt mit einem 3D-Scan: Unlimited Tomorrow schickt seinen Kunden eine Scan-App, die auf einem Mobilgerät installiert werden kann. Ein Familienmitglied oder ein Freund scannt dann die restliche Extremität der Person. Während des Bestellvorgangs wählt die Person auch die Farbe für die Prothese aus, damit sie sich gut einfügt; 450 Hauttöne sind verfügbar.

Die Bilder des Scans werden dann an das Unternehmen gesendet, und die Ingenieure geben sie ein NX Produktvorlagenstudio. Damit kann der schwierigste Teil des prothetischen Herstellungsprozesses beginnen: die Entwicklung und Herstellung einer maßgeschneiderten Buchse. „Die Buchse ist der Teil, der zur Extremität der Person passt“, erklärt LaChappelle. „NX Product Template Studio eignet sich perfekt für die Feinabstimmung all der kleinen Variablen, um eine korrekte Anpassung sicherzustellen.“ Sehr wichtig ist dabei, den allgemeinen Komfort zu gewährleisten und zu entscheiden, wo proprietäre Sensoren platziert werden sollen, die es dem Träger ermöglichen, Handbewegungen auszuführen — beispielsweise solche, die zum Halten einer Tasse erforderlich sind. Diese Funktion unterscheidet die Prothesen von Unlimited Tomorrow von herkömmlichen klauenähnlichen Geräten.

Bessere 3D-Druckergebnisse

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Ein Screenshot aus NX Product Template Studio: Die Software erleichtert das Entwerfen von Buchsen, die angenehm zu tragen sind und ein hohes Maß an Kontrolle gewährleisten.

Die virtuellen Prothesen werden dann auf einem HP Jet Fusion 580 Color 3D-Drucker in physische Form gebracht. NX Additive Fertigung ist hier unverzichtbar, da es fest mit den Druckern von HP verbunden ist. „NX liefert eine viel gleichmäßigere Leistung als der HP 580“, sagt Matt Landolfa, leitender Konstruktionsingenieur bei Unlimited Tomorrow. „Mit unserer alten Software konnte man die Facetten des 3D-Drucks sehen; nicht mit NX. Seine präzise Geometrie sorgt für ein viel realistischeres Ergebnis.“ Die Software trägt direkt zur natürlichen, ästhetisch ansprechenden Oberfläche von TrueLimb bei. Lachappelle und sein Team sind verständlicherweise stolz auf die Prothesen, die sie herstellen. Bisher lag der Schwerpunkt auf den oberen Extremitäten, und ihre Innovationen haben den Markt für Armprothesen revolutioniert — nicht zuletzt mit einem Preis von 8.000 US-Dollar, einem Gewicht von etwas mehr als einem Pfund und einer Lieferzeit von nur wenigen Wochen. Das ist weit entfernt von den schweren, extrem teuren herkömmlichen Geräten mit einer langen Herstellungszeit.

Nächster Schritt: Produktion erweitern

Die Leute von Unlimited Tomorrow ruhen sich nicht auf ihren Lorbeeren aus. Sie planen, ihr Angebot drastisch zu erweitern und ihr Angebot um Prothesen für die unteren Extremitäten zu erweitern. Auf diese Weise werden sie in der Lage sein, noch mehr der geschätzten über 50 Millionen Amputierten weltweit zu erreichen, von denen nur 5 Prozent Zugang zu Geräten haben. Ein weiteres Ziel ist es, Exoskelettsysteme anzubieten. Für das geplante Wachstum untersucht Unlimited Tomorrow derzeit weitere Elemente des NX-Portfolios.

Eins ist Teamzentrum zur Verwaltung von Konstruktions- und Produktionsprozessen. Um additive Anwendungen zu skalieren, wenden Siemens-Experten im Additive Manufacturing Experience Center (AMEC) in Erlangen die ganzheitliche, durchgängige Prozesskette von Siemens für mehrere Modalitäten der industriellen additiven Fertigung (AM) an. Sie verwenden unter anderem auch eine Multi Jet Fusion-Maschine von HP, die Tecnomatix-Anlagensimulation um Produktionsszenarien zu simulieren und zukunftssichere automatisierte AM-Fabriken zu skalieren.

Unlimited Tomorrow untersucht derzeit auch die Möglichkeiten der automatischen Verschachtelung mit Vorbereitung des NX-Builds um das Build-Tray im HP 580 effizient zu bestücken. Schließlich führt das Unternehmen Gespräche mit Siemens über den Einsatz der Tecnomatix-Anlagensimulation zur Durchführung von Was-wäre-wenn-Analysen zur Wachstumsplanung und Erweiterung der Geschäftstätigkeit.

Mit diesen und anderen Softwarelösungen von Siemens ist Unlimited Tomorrow in einer Schlüsselposition, um mehr Prothetik auf die Welt zu bringen. Das Erstaunlichste ist, dass all das begann, weil ein Teenager ein Talent zum Basteln zeigte. Das könnte Eltern eine Lektion sein: Wenn Ihre Kinder ein Händchen für Technologie haben, lassen Sie sie die Welt erkunden!

Oktober 2021

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Morgen unbegrenzt

Morgen unbegrenztZiel ist es, Amputierten ein intuitives, skalierbares Modell zur Verfügung zu stellen, mit dem sie personalisierte Geräte von Anfang bis Ende entwickeln können. Das Unternehmen entwickelt und produziert künstliche Gliedmaßen namens TrueLimb®. Easton LaChappelle ist CEO und Gründer des Startups mit Hauptsitz in Rhinebeck, New York.