Exoskelett in der Entwicklung

Wie Exoskelette wirken, zeigt Roboterdame AILA. Sie lässt sich durch menschliche Bewegungen fernsteuern. AILA kann auch in gefährlichen Umgebungen eingesetzt werden - etwa in der Industrie oder im Weltall.

Die Entwicklung von Exoskeletten begann am DFKI in Bremen 2007mit einarmigen Systemen. In dem dreijährigen Projekt entwickelten die Forscher zunächst die Fernsteuerung eines Roboterarms. Heute wird dieses Exoskelett im Bremer Universum als Ausstellungsstück gezeigt.

Im Nachfolgeprojekt Capio (2011-2013) wurde dann ein zweiarmiges Exoskelett entwickelt, das auch Rückenbewegungen wahrnimmt. Damit wurde der komplexe Bewegungsapparat des Oberkörpers mit dem Exoskelett komplett abgebildet. Roboterdame AILA lässt sich so von jedem Ort der Erde aus fernsteuern - durch das Internet.

Neben Bremen forschen auch Wissenschaftler im russischen Magnitogorsk an der Fernsteuerung per Exoskelett. 2013 steuerten Forscher des DFKI von Bremen aus einen Roboter in Magnitogorsk während russische Partner ihre Bewegungskommandos von einem Exoskelett in Russland an AILA schickten.

Anders als bei Systemen, die derzeit bei der wissenschaftlichen Konkurrenz entwickelt werden, nutzt das DFKI-Exoskelett nicht nur die Hand, sondern mehrere Kontaktpunkte am Unterarm und Oberarm. Damit kann die Bewegung des Armes sehr genau erfasst werden. Das erfordert eine noch komplexere Mechanik und Elektronik.

AILA ist mit einem Sensor ausgestattet, der mechanische Kräfte auf sechs Achsen misst. Diese wirken auf den Roboter beim Ziehen, Heben und Drehen ein. Kräfte, die auf den Roboter einwirken, können so durch das Exoskelett auf den Bediener zurückgespielt werden. Hebt der Roboter ein schweres Gewicht, fühlt es sich auch für den Menschen schwer an.

Ab 2017 sollen Exoskelette am DFKI auch Beine erhalten. Damit könnten fast alle Bewegungsabläufe des menschlichen Körpers ausgeführt werden. Bisher müssen die Menschen das Oberkörper-Exoskelett noch selber tragen, wie einen Rucksack. In Zukunft übernehmen die künstlichen Beine diese Last.

Dann soll die Erfindung zum Beispiel Gelähmten oder Schlaganfallpatienten helfen, so wie es beim Kick-off der FIFA-WM 2014 geplant aber nicht vollendet worden war. Im Rahmen des dreijährigen RECUPERA-Reha-Projektes sollen elektronische Komponenten zuverlässiger werden. Das Gewicht wird durch konsequente Leichtbauweise reduziert und mit einem Akku wird der Patient von der Steckdose unabhängig.

Mit Exoskeletten können Patienten auch wieder lernen, Körperteile zu bewegen: Hier testet eine Schlaganfallpatientin auf der Messe Rehacare 2014 einen Exoskelett Handschuh aus Hong Kong. Sie hat den Willen und denkt sich: "Ich öffne jetzt die Hand" und das Signal geht vom Hirn an den grünen Muskelsensor am Unterarm. Daraufhin öffnet der Roboterhandschuh ihre Hand.

Der Einsatz des Exoskeletts in der Raumfahrt wird zurzeit im 3D-Simulator erprobt. Dadurch lässt sich vielleicht mancher Weltraumspaziergang vermeiden: Komplizierte oder gefährliche Arbeiten könnten zukünftig sicher von der Erde aus durchgeführt werden. Prinzipiell können alle Roboterarme und armähnlichen Systeme, wie z.B. die Beine eines Roboters, mit dem Exoskelett gesteuert werden.