Ein Muskel kann selbst dann noch Signale für eine Prothese liefern, wenn ein Teil des Beins fehlt. Forschende am MIT haben dafür winzige Magnete im Muskel verfolgt: Ein Sensor auf der Haut misst, wie sich ihr Abstand bei einer Bewegung verändert. Drei Menschen mit Unterschenkelamputation erprobten das Verfahren in einer neuen Studie.
Die Teilnehmenden steuerten dabei einen Cursor auf einem Bildschirm. Eine Beinprothese trugen sie während dieser Aufgaben nicht. Das Team untersucht nun in einer größeren Studie, wie sich die Messung für die Steuerung einer tatsächlichen Prothese einsetzen lässt.
Ein Abstand verrät die Bewegung
Bei dem Verfahren liegen jeweils zwei kleine Magnetkügelchen in einem Muskel. Zieht sich der Muskel zusammen oder wird er gedehnt, verändert sich der Abstand zwischen ihnen. Ein außen auf der Haut getragener Sensor verfolgt ihre Positionen drahtlos. Daraus lässt sich berechnen, wie lang der Muskel ist und wie schnell er sich bewegt.
Die Kügelchen sind nach Angaben des MIT drei Millimeter groß. Sie bestehen aus einer Neodym-Eisen-Bor-Legierung und tragen eine Beschichtung aus Gold und dem Kunststoff Parylen C. Der speziell entwickelte äußere Sensor kann ihre Signale laut Institut bis zu sechs Zentimeter unter der Haut erfassen.
Für die Steuerung einer künstlichen Gliedmaße sind solche Informationen interessant: Eine Steuerung muss aus den Bewegungsabsichten ihres Trägers ableiten, wie sich etwa ein künstliches Fußgelenk verhalten soll. Die Magnetmessung liefert dafür Informationen über die mechanische Bewegung eines Muskels.
Der Vergleich mit elektrischen Signalen
Eine andere Möglichkeit ist die Elektromyografie. Dabei erfassen Elektroden die elektrische Aktivität eines Muskels. Aus diesen Signalen lässt sich seine Bewegung abschätzen. Das MIT beschreibt aber auch Schwierigkeiten: Elektroden auf der Haut können Signale benachbarter Muskeln aufnehmen; Schweiß kann die Messung stören. Elektrische Aktivität und tatsächliche Muskellänge sind zudem unterschiedliche Größen.
Für den Vergleich hatten die drei Teilnehmenden neben Magneten auch Elektroden in denselben Muskeln. Das Team untersuchte die magnetische Messung, implantierte Elektroden und Elektroden auf der Haut. In den Aufgaben wurden die Muskelsignale in Steuersignale für einen Bildschirmcursor übersetzt. Dieser stand für Bewegungsrichtungen, die später bei einer robotischen Fußgelenkprothese genutzt werden könnten.
Die Forschenden berichten, dass der magnetische Ansatz bei den virtuellen Aufgaben eine genauere und stabilere Steuerung ermöglichen kann. Dieses Ergebnis bezieht sich auf die untersuchten Aufgaben und die kleine Gruppe. Es zeigt noch nicht, wie sicher oder zuverlässig Menschen damit im Alltag gehen würden.
Was der Versuch noch offenlässt
Alle drei Teilnehmenden hatten eine besondere Operationsform erhalten: Dabei werden Muskelpaare im verbliebenen Gliedmaßenabschnitt so verbunden, dass sie weiterhin miteinander arbeiten können. Das ist für die Einordnung wichtig, denn die Ergebnisse lassen sich nicht ohne Weiteres auf jede Amputation übertragen.
Das Implantieren der Magnete erfordert einen Eingriff. In der Untersuchung wurden bis zu vier Muskeln des Fußgelenks mit Magneten ausgestattet. Wie gut das Zusammenspiel aus Implantaten, Sensor und einer tatsächlich getragenen Prothese bei mehr Menschen funktioniert, soll die weitere Forschung zeigen.
Der Schritt der aktuellen Arbeit liegt deshalb in einer konkreten Messung: Die Bewegung verbliebener Muskeln lässt sich bei diesen drei Menschen drahtlos erfassen und für eine virtuelle Steuerungsaufgabe nutzen. Ob daraus eine alltagstaugliche Prothesensteuerung wird, hängt von den folgenden Versuchen ab.
Quellen
- MIT News: Magnetic sensors track muscle movement, for better prosthetic limb control, 29. Oktober 2026
- Shallal und Kollegen: A wireless magnetic implant system for continuous neuromuscular sensing, Nature Sensors, 29. Oktober 2026
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