Intelligente Esshilfe für Parkinson-Patienten: Selbststabilisierender Löffel

Komponenten und Zubehör

Benötigte Werkzeuge und Maschinen

• 3D-Drucker

Software und Online-Dienste

• Arduino IDE

Projektbeschreibung

Überblick

Die Parkinson-Krankheit ist eine fortschreitende neurologische Erkrankung, die die Bewegung beeinträchtigt. Symptome beginnen schleichend, oft mit einem kaum merklichen Zittern in einer Hand. Zittern ist häufig, doch die Erkrankung verursacht auch Steifheit und Verlangsamung der Bewegungen (Bradykinesie).

In frühen Stadien kann das Gesicht maskenhaft wirken, Arme schwingen beim Gehen nicht, Sprache wird leise oder undeutlich. Die Symptome verschlimmern sich im Verlauf. Zwar ist Parkinson nicht heilbar, aber Medikamente können die Symptome deutlich lindern. Gelegentlich wird eine Hirnoperation (Tiefe Hirnstimulation) empfohlen.

Symptome

• Tremor: Meist beginnend in einer Hand (Pill-rolling-Tremor), in Ruhe verstärkt.
• Bradykinesie: Bewegungen verlangsamen sich, Schritte werden kürzer, Aufstehen erschwert.
• Rigor: Muskelsteifigkeit, schmerzhaft, bewegungseinschränkend.
• Haltungs- und Gleichgewichtsstörungen: Gekrümmte Haltung, Sturzgefahr.
• Verlust automatischer Bewegungen: Vermindertes Blinzeln, Lächeln, Armschwingen.
• Sprachveränderungen: Leise, monoton, hastig oder stockend.
• Schriftveränderungen: Kleinschrift (Mikrographie).

Quelle: Mayo Clinic

Projektinspiration

Wir wurden stark von Liftware Steady (https://www.liftware.com/steady/) inspiriert, einem kommerziellen Produkt für genau diesen Zweck. Unser Ziel war es, die Systemdynamik und die physikalischen Prinzipien hinter einer solchen Stabilisierung zu verstehen und mit Standardbauteilen nachzubauen.

Ursprüngliche Designidee

Das Gerät soll in der Hand gehalten werden und Tremore kompensieren, sodass ein am Ende montierter Löffel ruhig bleibt. Dafür benötigten wir:

• Einen Sensor für Neigung, Beschleunigung, relative und absolute Lage – der MPU6050 (Invensense) lieferte die nötige Dynamik und Messrate.
• Einen schnellen, präzisen Aktuator – ein Hobbyservo (SG90) mit gutem Drehmoment und Ansprechverhalten.
• Eine schnelle Hardware-Integration – unser IdIoTware Shield ermöglichte den Aufbau in Minuten.

Bauschritte

Das Projekt wurde über mehrere Tage entwickelt: Zunächst wurden die MPU6050-Werte analysiert, dann ein benutzerdefinierter zweiachsiger Rotationsmechanismus aus zwei orthogonal angeordneten Servomotoren und 3D-gedruckten Teilen gebaut. Die Bilder im Originalprojekt dokumentieren den Bauprozess detailliert.

Demonstration

Der Prototyp konnte Tremore erfolgreich ausgleichen und den Löffel stabilisieren.

Ausblick

• Verkleinerung auf ATtiny/ATmega328-Basis auf eigener PCB mit Handverdrahtung
• Kompaktere Servo-Montage
• Integration eines 18650-Li-Ion-Akkus für mobilen Betrieb

Der Quellcode ist auf GitHub verfügbar: CuriosityGym/spoonForParkinsonPatients