Einsteigen und loslaufen

24. Oktober 2008
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An Exoskeletten arbeiten viele wissenschaftliche Institute, die meisten Forschungsgelder fließen in die militärische Entwicklung. Doch mit innovativen Roboteranzügen können behinderte Menschen ein Stück Autonomie zurückgewinnen.

Dem ambitionierten Projekt war kein Erfolg beschieden: 1965 entwickelte General Electric das weltweit erste Exoskelett. Hardiman, so der Name des Roboteranzugs, sollte es seinem Träger ermöglichen, Gewichte von über 700 Kg mit Leichtigkeit heben zu können. Doch alle Versuche, Hardimans volle Leitungsfähigkeit zu nutzen, resultierten in völlig unkontrollierbaren Bewegungen. 1970 waren die Forscher bei General Electrics immerhin soweit, einen Arm von Hardiman zu nutzen und ein Gewicht von etwa 350 kg anzuheben. Bei gleichzeitigen Gehbewegungen verfiel Hardiman wiederum in einem wilden Veitstanz. Das viel versprechende Projekt wurde noch im gleichen Jahr eingestellt.

Hilfreich, nicht eigensinnig

Heute, fast 40 Jahre nach Hardimans Gehversuchen, können die Entwickler von Exoskeletten entscheidende Fortschritte verzeichnen. Während die US-Amerikaner besonders an der Entwicklung von militärisch einsetzbaren Rüstungen mit eigener Kraftentwicklung arbeiten, entwickelte eine japanische Firma ein Exoskelett, das behinderten oder gebrechlichen Menschen ein Stück Autonomie im Alltag zurückgeben kann. HAL, so der Name des mit Servomotoren ausgerüsteten Roboteranzugs, ist die Abkürzung für “Hybrid Assistive Limb”. Der HighTec-Anzug hat somit einen berühmten-berüchtigten Namensvetter: den eigensinnigen Computer HAL, der in Stanley Kubricks Film “2001 – Odyssee im Weltraum” durch Bildung eines eigenen Bewusstseins die Besatzung eines Raumschiffes in Gefahr bringt. Eine weiterer Bezug zur Welt des Welt des Science-Fiction-Kinos: Das von der Tsukuba Universität gegründete Unternehmen, das HAL entwickelt und vermarktet, nennt sich Cyberdyne Inc. – wie die Firma, die in den Terminator-Filmen eine unrühmliche Rolle spielt.

Sensoren registrieren Muskelimpulse

Was leistet das aufwändige Konstrukt namens HAL? Mit Hilfe eingebauter Sensoren und Servomotoren unterstützt der Anzug die Bewegung von Armen und Beinen. Damit könnten ältere oder behinderte Menschen nicht nur ohne Anstrengung gehen, sondern auch mehr als 20 Kilogramm schwere Gegenstände heben. Die größte Herausforderung für die Entwickler war die Übertragung des Bewegungswunsches des Trägers an das Exoskelett. Sobald die auf der Haut angebrachten Sensoren die schwachen elektrischen Impulse der Muskeln registrieren, schaltet sich kurz vor der natürlichen Regung der Muskeln die Bewegungsmotorik des Anzuges ein. Herzstück von HAL ist ein an der Hüfte angebrachter, zehn Kilo schwerer Computer mit 100-Volt-Batterie. Neben der “Full-Body-Variante” werden auch Ein- und Zweibein-Modelle vermarktet, die lediglich beim Gehen Unterstützung bieten sollen. Ganz billig ist eine solche “High-End-Gehhilfe” natürlich nicht: Monatlich fallen 1.600 Euro Mietgebühren an, die Einbein-Version schlägt mit 1.100 Euro zu Buche. Japans Forscher erwarten, dass Roboteranzüge eines Tages zu einem wichtigen Bestandteil des täglichen Lebens in der rapide alternden Gesellschaft des Landes werden.

Geradeaus laufen? Einfach vorbeugen…

Speziell für querschnittgelähmte Menschen wurde ein Gerät namens Rewalk entwickelt. Erfunden wurde das insgesamt 22 Kilogramm schwere Hilfsmittel vom Chef der israelischen Firma Argo Medical Technologies, Amit Goffer, der selbst querschnittgelähmt ist. Getragen wird das Gerät wie ein Rucksack auf dem Rücken, in dem die Steuerungseinheit sitzt. Von dort werden Bewegungsbefehle an zwei Gelenkschienen gesendet, die mit Klettverschlüssen an den Außenseiten der Beine befestigt werden. Die gewünschte Aktivität wie Aufstehen, Gehen oder Treppensteigen wird über eine Fernsteuerung, die wie eine Uhr am Handgelenk getragen wird, an die Steuereinheit gesendet und unmittelbar in die Gelenkschienen geleitet. So können verschiedene Gehbewegungen ausgeführt werden. Die Steuerung funktioniert ähnliche wie bei einem Segway-Roller: Um geradeaus zu laufen, muss man sich leicht nach vorn beugen. Körpersensoren im Rückenteil des Rewalk erkennen daran den Bewegungswunsch. Rewalk kann nur Querschnittsgelähmte mit gesunden und ausreichend kräftigen Armen benutzt werden, da der Träger zusätzlich auf Krücken angewiesen ist. Laut Herstellerangaben können mithilfe des Rewalk auch weitere gesundheitliche Problem gelöst werden, die durch den jahrelangen Einsatz eines Rollstuhls entstehen, beispielsweise das Wundsitzen. Die Gehhilfe soll in etwa zwei Jahren zum Preis von 14.000 Euro auf den Markt kommen. Gegenwärtig profitiert bereits der seit 20 Jahren auf einen Rollstuhl angewiesene frühere Fallschirmspringer Radi Kaiof von Rewalk.

Neues Design für Roboterarme

Nicht ganz so aufwändig, aber nicht weniger innovativ, forscht man in näheren Gefilden an so genannten intelligenten Orthesen, computergesteuerten Geh- und Rehabilitationshilfen für Hand und Bein. So wurde am Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart ein neues Design für Roboterarme geschaffen, das sich auf aktive Prothesen und Exoskelette übertragen lässt. Der Ellbogen-Prototyp namens ISELLA kann sich strecken, beugen und den Unterarm über Elle und Speiche verdrehen. Einsatzmöglichkeiten für ISELLA sehen die schwäbischen Tüftler in der Rehabilitation, etwa um verletzte Gelenke wieder zu trainieren, und in Prothesen, die beweglich und preisgünstig sind. In etwa zwei Jahren könnten solche Prothesen auf dem Markt sein.

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