Pressemitteilung
Kostengünstige High-Tech-Orthese für Kinder (PM 34/26)
Kinder mit Gehschwierigkeiten haben es im Alltag oft doppelt schwer: Neben der körperlichen Einschränkung erleben viele auch soziale Ausgrenzung, weil ihr Gangbild auffällt. Ein Forschungsteam der Hochschule München (HM) entwickelt dafür eine kostengünstige, individuell anpassbare Orthese aus dem 3D-Drucker und eine spielerische Trainings-App.
23/09/2026
München, 23.09.2026 – Kinder, die aufgrund einer Erkrankung oder eines Unfalls eine Fußheberschwäche haben, können den Vorderfuß beim Gehen nicht richtig anheben. Die Folge ist ein auffälliges Gangbild, das für Kinder oft schwerer wiegt als die körperliche Einschränkung selbst, denn häufig werden sie dadurch gehänselt und ausgegrenzt. Die Entwicklung und Herstellung maßgefertigter Orthesen für Kinder sind jedoch wirtschaftlich kaum rentabel, denn der Markt dafür ist klein und hochspezialisiert. Um die dadurch entstandene Versorgungslücke zu schließen, hat ein Forschungsteam der Fakultät für angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik der Hochschule München (HM) eine Lösung entwickelt.
Kostengünstige und individuelle Orthesenherstellung als Kernziel
Ziel des Forschungsprojekts KORA (Kostengünstige aktive Orthese zur Rehabilitation und Analytik von kindlichen Bewegungsstörungen) ist es, eine kostengünstige und individuell anpassbare Orthese für Kinder mit Fußheberschwäche zu entwickeln. „Erreicht haben wir das durch einen modularen Aufbau in Kombination mit 3D-Druck und textiler Elektronik. Das heißt, die verschiedenen Komponenten der Orthese wie zum Beispiel die Beinschiene oder die Sohle können einzeln angepasst beziehungsweise unkompliziert hergestellt werden“, so Projektleiter und HM-Professor für Konstruktionslehre Ulrich Wagner. Dazu werden während des Gehens über eine Sensorsohle Daten erfasst und mithilfe eines Machine-Learning-Modells ausgewertet. Ergänzt wird das entwickelte System durch zwei Apps: eine, die die Kinder durch spielerische Elemente zur Nutzung der Orthese für Rehabilitationszwecke motivieren soll, und eine weitere, die der Datenanalyse durch medizinisches Fachpersonal dient.
3D-Druck und Sticktechnologie als Schlüsseltechnologien
Kernstück der Orthese ist ein im 3D-Druck gefertigtes, individuell anpassbares Haltelement, welches unauffällig am Unterschenkel angebracht wird. Über eine ebenfalls individuell gefertigte Einlegesohle mit eingesticktem, leitfähigem Garn misst ein Einplatinenrechner laufend, was beim Gehen mit dem Fuß passiert. Ein zusätzlicher Bewegungssensor erfasst die Schwungphase des Schritts. Aus diesen Daten soll das System in Echtzeit den passenden Zeitpunkt für die Kraftunterstützung ableiten und über einen Motor auf den Vorderfuß übertragen. „Die Daten werden laufend über ein eigens trainiertes Machine-Learning-Modell ausgewertet. Dabei erreichen wir aktuell mit den bisher gesammelten Trainingsdaten eine Genauigkeit in der Gangphasenerkennung von über 98 % innerhalb von 125 ms“, erläutert Wagner.
Zwei Apps begleiten Orthesennutzung
Begleitet wird die Nutzung der Orthese von zwei eigens entwickelten Apps. Eine dient der wissenschaftlichen Auswertung: Die über die Sohle gesammelten Drucksensordaten werden an einen Kleinstrechner übermittelt und mithilfe eines Machine-Learning-Modells in Echtzeit analysiert. Dabei lassen sich reguläre von abweichenden Bewegungsmustern unterscheiden, etwa beim geraden und kurvigen Gehen, bei Richtungswechseln oder beim Treppensteigen. Als Referenz dient die etablierte instrumentelle 3D-Ganganalyse (3DGA), mit deren Ergebnissen die Messwerte der Sohle verglichen werden. Untersucht wird zudem, wie stark sich die Zahl der eingesetzten Bewegungssensoren an Fuß, Unter- und Oberschenkel reduzieren lässt, ohne die Genauigkeit der Auswertung wesentlich zu beeinträchtigen.
Die zweite App richtet sich an die Kinder selbst. Sie setzt auf Gamification, also ein spielerisches Feedback auf Basis der ausgeführten Bewegungen, kombiniert mit Sensorik. „Bei der Konzeption und Gestaltung der Spiele hat uns eine Absolventin der Design-Fakultät maßgeblich unterstützt. Die Kinder steuern durch ihren Gang Mini-Spiele und füttern zum Beispiel mit jedem als „gut“ bewerteten Schritt einen Dinosaurier, schleichen sich an eine Katze heran oder bringen einen Ballon auf die Reise.“, so Wagner. Ziel der App ist es, die Motivation zu erhöhen, Übungen zur Rehabilitation durchzuführen.
Sensorik besteht Praxistest
Ob die selbst entwickelte Sensorik verlässliche Daten liefert, hat das Team anhand des sogenannten Goldstandards überprüft, also einer 3D-Ganganalyse, die als etabliertes Referenzverfahren in Kliniken und Bewegungslaboren gilt. Dabei wird der Bewegungsablauf mithilfe spezieller Marker am gesamten Unterkörper hochpräzise erfasst. „Das Verfahren ist sehr aufwendig und somit teuer, galt aber als wichtiger Schritt, um unser System zu prüfen. Dabei haben wir Gangmuster mit beiden Systemen simultan gemessen und die verschiedenen Schrittphasen miteinander verglichen“, erklärt Wagner. Für das Team lieferte der Test ein erfolgreiches Ergebnis: Es hat sich bestätigt, dass sich präzise Ganganalyse-Daten auch außerhalb spezialisierter Bewegungslabore gewinnen lassen – eine wichtige Voraussetzung dafür, dass Kinder ihr Training künftig auch zu Hause absolvieren können. Bis zu einer marktreifen Lösung sind nun weitere Entwicklungsschritte nötig. Eine kommerzielle Umsetzung wird seitens des Teams angestrebt.
Gerne vermitteln wir einen Interviewtermin mit HM-Professor Ulrich Wagner.
Kontakt: Constance Schölch unter T 089 1265-1920 oder per Mail .
Projektinformationen
Das Projekt „KORA – Kostengünstige aktive Orthese zur Rehabilitation und Analytik von kindlichen Bewegungsstörungen" wird im Rahmen des Open Photonik Pro Programmes des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) gefördert und läuft von April 2021 bis Oktober 2026.