Exoskelette helfen die Ergnomie zu verbessern

IPL-Magazin 40 | Juli 2017 | Autor: Kim Häring

Wie schaffen es Mitarbeiter, 100 kg zu heben oder einer ermüdungsfreien Dauerbelastung Stand zu halten?

Kim Häring
Kim Häring

Mit einem Exoskelett scheint dies zumindest möglich. Doch bis es soweit ist, braucht es noch viel Innovationskraft, Ingenieurwissen und Forschergeist. Natürlich sind auch Exoskeletten natürliche Grenzen gesetzt. Der Traum vom Fliegen wird sich auch durch sie nicht erfüllen. Nichts desto trotz stellen von außen an den menschlichen Körper angebrachte Skelette, daher „exo“, einen enormen Gewinn an Mobilität dar.

Sei es in der Industrie als Helfer bei z.B. Montagetätigkeiten oder bei der mobilitätseingeschränkten Mitarbeiter. Dabei sind Exoskelette keine Zwischenstufe des Menschen zum Cyborg. Sie geben dem Träger „lediglich“ eine Unterstützung bei kraftraubenden Bewegungstätigkeiten. Nicht mehr und nicht weniger!

Doch um die Hauptachse des menschlichen Körpers zu entlasten, ist ein ausgeklügeltes Zusammenspiel von Mechanik, Elektronik, Sensorik und Informatik notwendig. Ausreichende Gründe für die Kraftanzüge gibt es genug, denn alleine in Deutschland leiden ca. 80% der Menschen unter Rückenschmerzen. Der volkswirtschaftliche Schaden wird dabei auf > 50 Milliarden Euro taxiert.


Die Paradebeispiele für Exoskelette finden Forscher wieder einmal in der Natur.

Insekten, zum Beispiel, nutzen eine stützende Chitinhülle. Dadurch sind sie in der Lage, ein Vielfaches ihres eigenen Körpergewichts zu stemmen. Mit verschiedenen Ansätzen der Bionik wird versucht, diese Fähigkeit auf den Menschen zu übertragen.


Die mechanische Variante erreicht dies mit mehr oder weniger starken Servomotoren, die im Bereich der Gelenke angebracht, die menschlichen Bewegungen nachempfinden und unterstützen. Oder als sensorische Variante, bei der mit weicher Elektronik und kleinen Motoren ausgestattete und orthopädisch geformte Kleidungsstücke die eingebrachte Bewegungsenergie des Trägers speichern und bei Bedarf wieder freisetzen. Zudem weisen diese Kleidungsstücke auf Haltungsfehler, wie einen krummen Rücken bei Belastung hin, und unterstützen somit eine nachhaltige Verbesserung der Bewegungsabläufe, um Rücken- und Gelenkschmerzen künftig zu verhindern.


Zur Steuerung haben sich zwei Konzepte etabliert. Entweder übermittelt der Nutzer seine Bewegungswünsche mittels eines Joysticks an die Elektronik, die daraus die entsprechenden Bewegungen ableitet oder Sensoren ermitteln die auszuführenden Bewegungen. Dabei werden bio-elektrische Signale des Nervensystems, welche bei körperlich eingeschränkten Menschen nicht mehr ohne Weiteres zur gewünschten Muskelreaktion führen, aufgenommen.


Die Daten werden nachfolgend analysiert, aufbereitet und per Controller an die verschiedenen Aktoren weitergeleitet. Diese Aktoren setzen wiederum das Exoskelett in Bewegung. Besonders im Industrieumfeld ergeben sich unzählige Anwendungsmöglichkeiten für Exoskelette. Von der Unterstützung bei vornehmlich stehenden Tätigkeiten am Montageband über die Entlastung bei vermehrter Gehtätigkeit bis hin zur Unterstützung beim Greifen und Umsetzen.

Überall, wo eine übermäßige Belastung der Gelenke und Muskeln auftritt, bieten Exoskelette eine Alternative zu beispielweise Robotern und Greifhilfen.


Die Unabhängigkeit von einer existierenden Muskelkraft ermöglicht vor diesem Hintergrund auch neue Arbeitsplätze für bislang ausgeschlossene Personengruppen. Unter anderem können ältere Mitarbeiter ohne Einschränkungen und Versetzung an Schonarbeitsplätze in ihrem Produktionsbereich weiterarbeiten. Dabei können sowohl Gangkörper-Exoskelette genutzt werden wie auch Exoskelette für Teilbereiche wie Beine, Arme oder Hände.


Ein erhebliches Feld zur Erforschung der Auswirkungen und dem Verständnis stellt die Rehabilitationsrobotik dar. Ältere Menschen erhalten ihre Bewegungsfreiheit zurück und Patienten werden nach schweren Unfällen mittels Exoskelett wieder an eine normale Belastung gewöhnt. Der Zugewinn an Lebensqualität spielt dabei eine entscheidende Rolle, wenn Gesundheitsfragen und Technologie aufeinander treffen.


Bei den aktuell verfügbaren Exoskeletten sind jedoch vor allem zwei Faktoren noch ausbaufähig:

>>> Zum einen das teils hohe Gewicht der mechanischen Modelle. Gewichte von bis zu 30 kg sind hier die Regel.


>>> Des Weiteren muss noch an der Usability gefeilt werden. Dies beinhaltet die Kapazität der zum Betrieb der Servomotoren notwendigen Energie, die Ansteuerung der Motoren durch Sensoren oder Gestik und wie  bequem die Gerätschaft durch den Nutzer empfunden wird.


Erst wenn diese Punkte harmonisiert sind, kann ein Exoskelett wie ein natürlicher Ausrüstungsgegenstand empfunden werden.