Mouser German Blog

Die Einplatinen-Mikrocontroller mit Arduino wurden ursprünglich kurz nach der Jahrtausendwende für Studierende und Tüftler konzipiert. Doch sie kommen inzwischen vermehrt in kommerziellen Produkten zum Einsatz. Dieser Trend zeigt sich insbesondere im Bereich der Prothetik und der Augmentation des Menschen, wo sie mittlerweile zu den Standardkomponenten zählen. Die Verwendung von Arduino-Technologien ist inzwischen so verbreitet, dass etablierte Hersteller von Mikrocontrollern wie Microchip Technology und deren Tochtergesellschaft Atmel immer mehr Produkte ins Sortiment aufnehmen, die auf Arduino oder auf mit Arduino kompatibler Hardware basieren.

Der Vorteil von Arduino-Technologien liegt darin, dass sie eine Komplettlösung bieten, die folgende Elemente umfasst:

• Eine einfach verwendbare, dennoch anspruchsvolle Programmiersprache, gelegentlich als Arduino C bezeichnet, die durch Plug-ins und C++-Bibliotheken erweitert werden kann. Zudem enthält sie einen Befehl zum Flashen der Firmware eines Geräts über den USB-Port an einem beliebigen Computer mit Linux, OSX oder Windows.
• Eine integrierte Entwicklungsumgebung, die durch Plug-ins erweitert werden kann.
• Eine große und aktive Community aus Ehrenamtlichen sowie Festangestellten aus den unterschiedlichsten Lebensbereichen, die Anpassungen anbieten und vorschlagen.
• Quelloffene Software und Hardware, einschließlich zahlreicher Pläne und Spezifikationen, die im Rahmen einer Creative-Commons-Lizenz veröffentlicht wurden und die alle die Entwicklungszeit und die Time-to-Market deutlich verringern.

Darüber hinaus sind Arduino-Platinen wie das gebräuchliche Arduino Mega 2560 Revision 3 Mikrocontroller Board kostengünstig. Dem Mega 2560 liegt der Atmel ATmega2560 Mikrocontroller mit 8-Bit-Architektur von  Microchip zugrunde, der für komplexe Projekte ausgelegt ist. Mit 54 digitalen E/A-Pins, 16 analogen Eingängen und mehr Platz für die Umsetzung von Projekten aller Art ist es das Board der Wahl für 3-D-Drucker und Robotikprojekte. Damit lassen sich maßgeschneiderte Teile kostengünstig fertigen. Einer konservativen Schätzung zufolge kostet die Fertigung eines Geräts, das auf Arduino-Technologien basiert, oft weniger als ein Zehntel ähnlicher Produkte, die herkömmlichen proprietären Standards unterliegen. Das Projekt ALICE beispielsweise, das nach eigenen Angaben das erste quelloffene robotische Exoskelett ist, wird voraussichtlich zu einem Preis von unter 1.000 US-Dollar angeboten. Vergleichbare Produkte proprietärer Hersteller kosten ungefähr das Achtzigfache. Selbst wenn man Kostenüberschreitungen einkalkuliert, sind Prothesen auf der Grundlage von Arduino für Menschen mit niedrigen Einkommen oder für die Bewohner eines vom Krieg zerstörten Landes erschwinglich. Außerdem – und das ist ebenso wichtig – sind die finanziellen Hürden, die einen Beitrag zur Entwicklung erschweren, inzwischen wesentlich niedriger.

Angesichts dieser Vorteile verwundert es nicht, dass die Herstellung von Arduino-basierten Prothesen und Geräten zur Augmentation des Menschen auf allen Stufen der Erfahrung und des Know-hows stattfindet. Auf der niedrigsten Stufe bieten Websites für Tüftler prothetische Stifthalter sowie Wärme- und Berührungssensoren. Kürzlich erhielt ein Kickstarter-Projekt die Finanzierung, um ein Kit zu entwickeln, mit dem Studierende kostengünstig robotische Exoskelette herstellen können. Ebenso erwähnt die Website von Arduino einen assistiven Exoskelettarm, der aus einem Scheibenwischermotor und einer Arduino-Platine besteht und dessen Herstellungskosten etwa 100 US-Dollar betragen. Weitere solche Projekte sind auf der Website Instructables.com zu finden, auf der Lehrkräfte Curricula und Klassenprojekte posten, sowie auf Hackaday.io, einem Forum für Tüftler. Noch vor zehn Jahren, bevor sich die Arduino-Technologien bewährt hatten, waren solche Projekten noch undenkbar.

Auf kommerzieller Ebene sind auf Arduino basierende Geräte noch ausgefeilter. Neben den zu erwartenden Prothesen für amputierte Gliedmaßen und der Entwicklung von Exoskeletten gehen die Bemühungen in exotischere Richtungen. Albert Manero stellte als Gast auf dem Penguincon 2015 – einer Mischung aus Science-Fiction-Treff und Technologie-Konferenz – ein Konzept für quelloffene Myoelektrik vor. Dabei handelt es sich um Systeme, bei denen Sensoren Signale zwischen der Prothese und der verbliebenen Muskulatur des Anwenders senden. Die Arduino-Prothese kann alternativ auch als externe Hirn-Maschinen-Schnittstelle (BCI) eingesetzt werden. Damit können Anwender über ein EEG in Form eines Headsets oder Kopfbands mit der Prothese kommunizieren. Zudem arbeiten Gershon Dublon und Joseph A. Paradiso vom MIT Media Lab seit über fünf Jahren an der Entwicklung von Tongueduino, einer Anordnung von Elektroden, die an der Zunge angebracht werden und Blinden Informationen zu Raum und Richtung liefern.

Auf allen Ebenen konzentriert sich ein Großteil der Bemühungen bei der Entwicklung von Arduino-basierten Prothesen und Lösungen für die Augmentation des Menschen auf „e-Nable“. Diese Initiative wurde 2011 ins Leben gerufen, als Ivan Owen die von ihm entwickelte funktionierende Marionettenhand auf einer Cyberpunk-Veranstaltung trug und ein Video ins Internet stellte, das den Fertigungsprozess der Hand zeigt. Das Video stieß unter Menschen mit Behinderung auf große Resonanz und sie bekundeten Interesse an solchen Systemen. Daraufhin entwickelt sich aus „e-Nable“ eine Google-Gruppe, die schließlich zu einem Projekt wuchs. Heute hat „e-Nable“ 7.000 Mitglieder, die gemeinsam etwa 2.000 prothetische Systeme entwickelt haben, die meisten davon auf Basis von Arduino-Technologien. Neben den üblichen Foren umfasst die Website Schaltbilder, Blogs und Artikel zu den dargestellten Projekten, Listen an Ressourcen und Spendenaufrufe für die Regionalgruppen auf der ganzen Welt. Unter „About e-Nable“ bezeichnen sich die Mitglieder als „Macher, Tüftler, Künstler, Designer, Humanitäre, Lehrer, Eltern, Kinder, Ingenieure, Beschäftigungstherapeuten, medizinische Fachkräfte, Philanthropen, Erfinder und ganz normale Menschen“. Die Liste vermittelt einen Eindruck, wie vielfältig der Einsatz quelloffener Technologien inzwischen ist – insbesondere von Arduino.

Die Entwicklung von Arduino-basierten Prothesen und Systemen für die Augmentation des Menschen beginnt gerade erst, Ergebnisse zu zeigen. Bei vielen Projekten steht eine medizinische Zulassung noch aus, auch wenn deren Fehlen den Gebrauch solcher Systeme nicht verhindert. Sicherlich werden einige Bemühungen auf diesen Gebieten scheitern. Doch da es sich um quelloffene Technologie handelt, ist der Einsatz für solche Projekte nicht vergebens, denn andere profitieren von der Erfahrung. Unabhängig davon, wie es mit Arduino-Technologien weitergeht, haben sie die jeweiligen Gebiete stark beeinflusst und werden dies auch in den nächsten Jahren noch tun.