Grazer Team am Start

„Cybathlon“: Wettkampf der Hightech-Prothesen

Was Menschen mit motorischen Behinderungen bereits heute mithilfe modernster Prothesen bewältigen können, zeigt seit 2016 der internationale Wettbewerb „Cybathlon“ in Zürich. Heuer starten die Teams aus aller Welt in ihrer jeweiligen Heimat. Für Österreich ist das Team „Mirage91“ an der TU Graz mit dabei. Der querschnittgelähmte Pilot steuert mit den von seinen Hirnströmen ausgehenden Impulsen einen Avatar über einen virtuellen Parcours. Start ist am 13. November.

In dem von der ETH Zürich ins Leben gerufenen Wettkampf zeigen Menschen mit Beeinträchtigungen durch Rückenmarksverletzungen, Schlaganfall oder anderen neurologischen Erkrankungen, was Roboter- und Neurotechnologie zu leisten vermag und wie Assistenztechnologie künftig im Alltag entlasten kann. Sie treten dabei unterstützt von Maschinen in verschiedenen Disziplinen gegeneinander an. Sechs Wettkampfdisziplinen stehen zur Auswahl, erklärt Gernot Müller-Putz, Leiter des Instituts für Neurotechnologie an der TU Graz.

Die Teams können sich beim Fahrradrennen mit elektrischer Muskelstimulation oder auf einem Parcours mit Armprothesen, Beinprothesen, robotischen Exoskeletten und motorisierten Rollstühlen sowie bei einem virtuellem Rennen mit Gedankensteuerung messen. „Unser Team tritt bei letzterem, dem BCI-Race an“, berichtete der Grazer Institutsleiter. Wenn die insgesamt 13 Teilnehmer dieser Disziplin, die teils vom Hals abwärts gelähmt sind, als Piloten Computerfiguren mit ihren Gedanken steuern, wird sich auch zeigen, wie weit die Forschung bei Gehirn-Computer-Schnittstellen (BCI) bereits ist.

(Bild: cybathlon.ethz.ch)

Mit der Kraft der Gedanken
BCI nutzen Hirnsignale, die etwa mittels einer Kappe mit Elektroden gemessen werden. Sie erfassen die elektrische Hirnaktivität von Patienten und übersetzen sie in technische Steuersignale: zur Manipulation eines Cursors am Computer, zum Tippen von Buchstaben, zur Steuerung von Maschinen oder Hilfsmitteln wie beispielsweise eine Prothese. Um mit Hirnströmen, die den Gedanken entspringen, eine Maschine steuern zu können, muss mehr getan werden als eine EEG-Kappe aufzusetzen: Gehirnströme lokalisieren, Signalverarbeitung, Software programmieren und nicht zuletzt mit dem BCI-User trainieren, wodurch die Veränderungen in der Hirnaktivität gezielt hervorgerufen und zur Steuerung der Computerprogramme genützt werden können.

Der BCI-Pilot muss sich beispielsweise konzentriert bestimmte Aufgaben vorstellen, die relativ gut erkennbare Hirnsignale erzeugen: „Rechnen löst solche starken Signale aus. Sie können genutzt werden, wenn der Avatar in eine bestimmte Richtung fahren soll. Damit der Avatar in die andere Richtung fährt, kann der Pilot etwa auch daran danken, dass der Fuß auf und ab bewegt wird“, erläuterte Teammanagerin Lea Hehenberger vom Grazer Team „Mirage91“.

Der Teamname verrät, wie lange die TU Graz schon an der Brain-Computer-Interface (BCI)-Technologie forscht. „Mirage91“ wird mit seinem Piloten Pascal Prietl gegen zwölf weitere Race-Teams antreten. Der gelernte Elektroinstallateur (33) hatte vor 13 Jahren einen Verkehrsunfall und ist seither querschnittsgelähmt. Der Kontakt zu den Grazer Forschern und Studierenden wurde über sein Rehabilitationszentrum hergestellt. Seit März 2019 trainiert er regelmäßig an der TU Graz oder bei sich daheim südlich von Graz, erzählte Hehenberger. Seit September finden die Trainingseinheiten sogar mehrmals wöchentlich statt.

(Bild: Lunghammer/TU Graz)

70 Teams aus mehr als 20 Ländern
Rund 70 weitere Teams aus mehr als 20 Ländern haben sich für den Wettbewerb, der in diesem Jahr bereits einmal pandemiebedingt verschoben wurde, angemeldet. Sie starten in ihrer jeweiligen Heimat und zwar nicht zeitgleich, sondern unabhängig von den Mitbewerbern. „Der für unseren Kandidaten zu fahrende Parcours wird zufällig generiert. Er wird ihn am Donnerstag fahren. Unser Team richtet bereits alles für die Aufzeichnung her“, schilderte Müller-Putz. Die von ihm geleitete Brain-Computer-Interface-Arbeitsgruppe an der TU Graz zählt laut seinen Angaben zu den führenden europäischen Gruppen auf dem Gebiet der computergestützten Interpretation von Hirnströmen und ihrer „Übersetzung“ in elektronische Impulse für Prothesen, Roboterarme und Kommunikationsprogramme.

Damit Interessierte auf der ganzen Welt die Rennen verfolgen können, wurde eine Online-Plattform unter cybathlon.com eingerichtet. Am 13. November werden die aufgenommenen Rennen in ein informatives Live-Programm mit Hintergrundberichten zu den Teams, Technologien und den Experten integriert. Am 14. November treten die vier besten Teams in den Finalrennen gegeneinander an.