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Die Menschheit mit Maschinen verbinden

Im Rahmen des 6. USA Science & Engineering Festivals fand am Mittwoch den 12. Februar 2020 die sogenannte Nifty Fifty – Veranstaltung an der GISW statt. Dazu waren alle Schülerinnen und Schüler der Klassen 9-12 eingeladen. Unser Nifty Fifty Speaker war Dr. Alison Cernich, eine Neuropsychologin und die stellvertretende Direktorin des Eunice Kennedy Shriver National Institute of Child Health and Human Development. Bevor Dr. Cernich diese wichtige Position übernahm war sie verantwortlich für die Entwicklung und Revision der Rehabilitationsforschung am NIH. Und darum ging es in ihrem spannenden Vortrag:

Das Ziel der Nutzung von Prothesen ist, Personen mit beschränkten körperlichen Möglichkeiten mit assistierender Technologie zu helfen, sodass wichtige Lebensfunktionen erfüllt werden können. Beispielsweise sind Prothesen dazu geeignet, den Verlust von Armen oder Beinen zu kompensieren.  Um uns diesen Punkt genauer vorstellen zu können, verschränkten wir zunächst unsere Arme auf dem Rücken. Komisches Gefühl!

Frau Dr. Cernich sprach auch über die Geschichte von Prothesen. Diese seien zuerst von den Ägyptern vor etwa 3000 Jahren gebaut worden – natürlich in einer deutlich weniger weit entwickelten Form als heute. Durch die vielen Kriege im Verlauf der Geschichte, insbesondere den 1. Weltkrieg, gab es einen hohen Bedarf an Prothesen und die Forschung in dieser Richtung machte große Fortschritte. Heute ist die Prothesen-Forschung sehr fortgeschritten und viele Prothesen sind visuell kaum von den echten Körperteilen zu unterscheiden. 

Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Arten von Prothesen: körperbetriebene Prothesen und elektrisch betriebene Prothesen. Körperbetriebene Prothesen sind deutlich einfacher aufgebaut und schon länger im Gebrauch. Prinzipiell ersetzen sie ein fehlendes Körperteil, sind aber durch den Träger nur schwer steuerbar. 

Die Weiterentwicklung sind elektrisch betriebene Prothesen (= myoelektrische) Prothesen. Sie stellen eine weit größere Hilfe für den Nutzer dar. Bei dieser Form von Prothese nutzt man die elektrischen Impulse (= Aktionspotenziale), die das Nervensystem generiert. Dazu wird eine Verbindung zwischen den verbliebenen menschlichen Nervensträngen mit der Prothese hergestellt. Ein Mikroprozessor in der Prothese misst die elektrischen Impulse, die mit Hilfe der Neuronen – also der Nervenzellen – normalerweise an die Muskeln gesandt werden und berechnet daraus, wie sich die Prothese bewegen soll. Auf diese Weise kann eine nahezu natürliche Bewegung erzielt werden.  

Eine weitere Möglichkeit, die gegenwärtig erforscht wird, ist, Roboter mit dem menschlichen Gehirn zu steuern. Diese Roboter können insbesondere Menschen mit Lähmungen helfen. Dafür werden Sensoren an der Oberfläche des Gehirns angebracht. Aufgenommene Signale werden dann von einem Computer ausgewertet und in Befehle für einen Roboter umgewandelt. Der Roboter wird also direkt vom Gehirn des Nutzers wie ein natürliches Körperteil gesteuert und hochmoderne Technologie macht bereits sehr präzise Bewegungsabläufe möglich.  

Am Ende des Vortrags von Dr. Cernich präsentierte ihre Mitarbeiterin Frau Jennifer Jackson zwei kleine Experimente, die zeigten, wie elektrisch gesteuerte Prothesen funktionieren. 

Zunächst verband sie einen kleinen Roboter durch elektrische Kabel mit Sensoren an ihrem Arm. Durch Anspannung und Entspannung ihres Armmuskels war es ihr dann möglich, den Roboter zu kontrollieren. 

Danach verband sie die Kabel mit dem Arm von Frau Dr. Cernich. Frau Dr. Cernich versuchte nun mit dem Anspannen ihrer Muskeln Frau Jacksons Muskeln zu kontrollieren. Die Experimente waren wirklich nervenkitzelnd!

Im Anschluss an die Vorlesung luden die Mitglieder der Neuroscience-AG unserer Schule Dr. Cernich und Frau Jackson zu einem Brunch zusammen mit der Schulleiterin Frau Palenzatis ein, bei dem noch viele interessante Fragen besprochen werden konnten.

von Manolo B. (12. Klasse)

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