Exoskelette ermöglichen eine nachhaltige Teilhabe am Berufs- und Alltagsleben. Der Maschinenbauer Robert Weidner möchte sie da einsetzen, wo Überlastung droht – und so die menschliche Gesundheit langfristig erhalten.

Exoskelette sind anziehbare Stützstrukturen, die den menschlichen Körper – wie ein zweites Skelett – unterstützen. Deren Anwendung zielt auf den Erhalt der Gesundheit und auf Leistungssteigerung ab. Eingesetzt werden diese im medizinischen Bereich und in der Arbeitswelt. Schlaganfallpatienten und querschnittsgelähmter Menschen können sich mithilfe von Exoskeletten wieder bewegen. In den Produktionshallen von Industriebetrieben können Exoskelette wiederholte Tätigkeiten und schwere Lasten abnehmen. Ein relevanter Anwendungsbereich ist auch der Sozialbereich: In der Altenpflege können Exoskelette als wertvolle Hebehilfe dienen.

Ethische Bedenken

In der Arbeitswelt sollen die Stützstrukturen vorbeugend gegen Muskel-Skelett-Erkrankungen wirken. Auf diese geht allein in Deutschland ein Viertel der Arbeitsunfähigkeitstage zurück. Gleichzeitig sind Exoskelette eine Reaktion auf die gesteigerten Anforderungen der Arbeitswelt – indem sie den Menschen unterstützen aber auch substituieren. Wobei die Vorstellung der den Menschen dominierenden Maschine auch ethische Bedenken hervorrief.

Einsatz von Exoskeletten

Einer der an Exoskeletten forscht, ist der Maschinenbauer Robert Weidner. Er entwickelte In den vergangenen Jahren mit seinem Team verschiedene Technologien zur Unterstützung unterschiedlicher Körperregionen – wie Sprunggelenksorthese, Muskelhandschuh und textilbasierte Starrkörperelemente. Derzeit arbeitet er auch an einem Leitfaden zum Einsatz von Exoskeletten für die Berufsgenossenschaft Handel und Warenlogistik, die in Deutschland die gesetzliche Unfallversicherung für fünf Millionen Arbeitnehmer abwickelt.

Der Mensch steuert

Weidner geht es nicht um die Optimierung des Menschen. Er möchte Exoskelette da einsetzen, wo das Potenzial für Überlastungen besteht und so vor Gesundheitsschäden schützen. Die Stützstruktur soll den natürlichen Bewegungsablauf des Menschen technisch unterstützen und die Gesundheit erhalten. Der Mensch soll die Hoheit über jede Aktivität behalten.

Einen relevanten Anwendungsbereich sieht er – neben der Arbeitswelt – auch bei älteren Menschen. Diesen liefern Exoskelette eine nachhaltige Teilhabe am Alltags- und Berufsleben; indem sie sensomotorische und kognitive Funktionseinbußen ausgleichen und das Wiedererlernen von Tätigkeiten erleichtern.

Partizipative Forschung

Weidner arbeitet interdisziplinär und partizipativ. Sein Team besteht aus Ingenieuren, Bewegungswissenschaftern, Medizintechnikern, Soziologen und Rechtswissenschaftern. Die Entwicklung neuer Produkte erfolgt unter Einbindung potenzieller Anwender. Die Bewegungen der Probanden können im Labor mit Hilfe modernster Messmittel für biomechanische Analysen erfasst und analysiert werden. Dabei darf das Exoskelett dem Menschen nicht zu viel an Belastung abnehmen. „Das wäre kontraproduktiv, unsere Muskeln müssen auch trainiert werden“, sagt Weidner.

Marktfähigkeit

Der Wissenschafter ist gerade dabei von Hamburg nach Innsbruck zu übersiedeln. Hier wird er am Institut für Mechatronik der TU den Forschungsbereich Fertigungstechnik aufbauen – und seine Forschung fortsetzen. Weidner ist Geschäftsführer der Nachwuchsforschergruppe ExoIQ, einem Spin-off der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg in dem Exoskelett-Projekte zur Marktfähigkeit gebracht werden sollen. Ein Teil seiner Mitarbeiter kommt mit ihm.

Avanciertes Prinzip

Bei klassischen Exoskeletten wird das Ziel verfolgt, die Kraft und die Mobilität zu steigern. Ein Beispiel dafür ist das Produkt Paxeo des deutschen Unternehmens ottobock, das Montieren über Kopfhöhe ermöglicht – ohne externe Energiezufuhr.

Weidner arbeitet nach dem avancierten Prinzip des Human Hybrid Robot (HHR). Bei diesem soll zusätzlich Genauigkeitssteigerung, Qualitätssicherung und Fehlervermeidung erreicht werden. Dabei werden Mensch und Maschine in ein System mit gemeinsamem Regelkreis integriert.

 

 Illustrationen von möglichen Anwendungen von Exoskeletten in Produktion, Logistik und Pflege (c) Pixelatelier Peters - Forschernachwuchsgruppe smartASSIST

Illustrationen von möglichen Anwendungen von Exoskeletten in Produktion, Logistik und Pflege. (c) Pixelatelier Peters – Forschernachwuchsgruppe smartASSIST

 

Modulare Systemarchitektur

Charakteristisch für dieses System ist eine modulare Architektur, die eine Personen- und aufgabenangepasste Gestaltung ermöglichen. Durch eine intelligente Verbindung von biomechanischen und technischen Elementen werden menschliche und maschinelle Stärken verbunden.

  • Zu den menschlichen Stärken zählen gute Sensorik und Kognition.
  • Zu den maschinellen Stärken zählen gute Wiederholgenauigkeit und hohe Ausdauer.

Weidners Vision ist ein Baukasten aus verschiedenen Software- und Hardware-Modulen, aus denen für jeden Anwendungsfall maßgefertigte technische Lösungen gebaut werden können.

Robert Weidner

Der Wissenschafter hat in Hamburg Maschinenbau studiert und schloss 2010 mit dem Diplom ab. Seither baute er unter anderem die Nachwuchsforschergruppe smartASSIST auf, die sich der Entwicklung von technologischen Lösungen für den Einsatz von Exoskeletten widmet. Außerdem ist der Geschäftsführer des Spin-off der Helmut Schmidt Universität Hamburg. Seit August 2018 unterrichtet er an der TU Innsbruck. Hier will er neue Konzepte für die Zusammenarbeit von Menschen und Technik erarbeiten und neue Technologien für deren Umsetzung entwickeln.

Lucy (c) Forschernachwuchsgruppe smartASSIST

Im Bild: Robert Weidner mit Lucy, einem von seiner Forschungsgruppe entwickelten Exoskelett für die Arbeit über Kopf.