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Robotik und künstliche Intelligenz im Dienst der Human Augmentation

Donnerstag, 21. Oktober 2021 - Karen Heidl
Ein Imker, der seine Bienenhäuschen nicht mehr heben kann. Ein Automechaniker, für den der saisonale Reifenwechsel eine Herausforderung ist. Oder die Pflegestation eines Hospitals, das sein Personal von schweren Hebetätigkeiten entlasten will. All dies sind Anwendungsfälle für sogenannte Exoskelette.

Der Begriff Exoskelett klingt im ersten Moment etwas unbehaglich. Aber mit furchteinflössenden Kostümen aus futuristischen Hollywood-Actionfilmen haben die smarten Body Gadgets wenig gemein, ausser dass sie die menschlichen Fähigkeiten anreichern. Sie unterstützen beispielsweise Menschen am Arbeitsplatz bei bestimmten Bewegungsabläufen oder bei anstrengenden Körperhaltungen.

Mechanische Lösungen

In der medizinisch-technologischen Forschung befasst man sich schon lange mit der Frage, wie körperliche Beeinträchtigungen mit Hilfsmitteln kompensiert werden können. Es erstaunt deshalb nicht, dass sich ein Hersteller von Prothesen und Orthesen wie das deutsche Unternehmen Ottobock vertiefter mit Hilfsmitteln für den Berufsalltag befasst. Ottobock entwickelte eine Reihe von Exoskeletten (siehe paexo.com), die beispielsweise Hebebewegungen unterstützen. So funktioniert etwa das Produkt Paexo Back nach einem biomechanischen Prinzip: Die Last wird wie bei einem Rucksack an der Schulter abgenommen und mit Hilfe der Stützstruktur des Exoskeletts in die Oberschenkel umgeleitet. Der Energiespeicher nimmt beim Beugen Kraft auf und gibt sie beim Heben wieder ab. Man kann sich dies wie eine Federmechanik vorstellen. Bei einer bestimmten Bewegung wird mechanische Energie gespeichert, bei einer anderen wird diese wieder abgegeben. Dies führt zu einer Entlastung des unteren Rückens um bis zu 25 Kilogramm.

Digital Human Augmentation

Das Start-up German Bionic verfolgt mit seinem Kraftanzug Cray X, der erstmals 2018 der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, einen anderen Ansatz. Der Kraftanzug bezieht seine Energie aus einem Akku, der ungefähr so gross ist wie derjenige eines Akkuschraubers und sich mit zwei raschen Klicks nach einer Laufzeit von ungefähr fünf Betriebsstunden austauschen lässt. Mit dieser Energie werden mit zwei kleinen Motoren Hebebewegungen bis 30 kg unterstützt. Darüber hinaus ist der Kraftanzug über WLAN oder ein Mobilfunknetz mit einer Cloud verbunden, in der Belastungs- und Bewegungsdaten in einem sogenannten digitalen Zwilling erfasst und ausgewertet werden. Wird beispielsweise eine Person müde und fängt an, Bewegungen falsch auszuführen, mahnt das System eine Pause an. Ungünstige Belastungen, kritische Wiederholungen, riskante Bewegungen und schlechte Körperhaltung werden erkannt. Auch schlägt das System präventive Dehnungsübungen vor. Die Anwender des Cray X, den man sich wie einen kompakten Rucksack vorstellen muss, können über ein kleines Industriedisplay am Gerät Daten abfragen und Hinweise entgegennehmen. Dabei ist der gesamte Datenverkehr anonymisiert, um eine Überwachung der einzelnen Mitarbeitenden auszuschliessen. Über das eigene Betriebssystem German Bionic OS lassen sich sämtliche Updates per drahtloser Fernübertragung durchführen.

Ziel dieser Tools ist es nicht, die gesetzlich begrenzten Hebelasten auszureizen, sondern vor allem Fehl- und Überbelastungen durch unterstützende mechanische oder digitale Systeme zu reduzieren. Die Entlastungen der am meisten beanspruchten Muskelgruppen liegt – je nach Exoskelett-Typ – bei bis zu 65% der sonstigen Belastung. Studien deuten zudem auf eine Reduktion der Ermüdungserscheinungen hin, was sich wiederum positiv auf den allgemeinen Gesundheitszustand, vor allem die mentale Gesundheit, auswirkt. Dazu gibt es bereits erste Auswertungen, aber aufgrund der Neuartigkeit der Produkte noch keine Langzeitstudien.

Cray X aus ultraleichter Carbonfaser im Einsatz am Flughafen Stuttgart. Cray X aus ultraleichter Carbonfaser im Einsatz am Flughafen Stuttgart.

Monotonisierung führt zu einseitigen Belastungen

Die Kunden dieser Exoskelett-Lösungen finden sich vor allem, aber nicht nur, in der Logistik, in der bei weitem nicht alle Aufgaben automatisiert erfolgen können. Die Suva spricht auf Nachfrage davon, dass gerade in der Logistik die weitgehende Automatisierung zu einer Monotonisierung einiger Aufgaben geführt habe. «Viele Tätigkeiten werden automatisiert und Belastungen vom Menschen auf die Maschine übertragen. Oftmals werden aber sehr einfache Aufgaben nicht automatisiert, da es sich nicht lohnt oder technisch nicht so einfach machbar ist. Das führt dazu, dass die Belastung in gewissen Tätigkeiten ansteigt, da nur noch körperlich sehr (einseitig) belastende Abläufe für den Menschen übrig bleiben. Dies sieht man am Beispiel einer Sortieranlage: War früher vom Zusammenfalten der Pakete über das Zusammentragen des Inhalts zum Verpacken bis zum Verladen alles manuelle Arbeit, werden die ersten Schritte heute von der Maschine übernommen. Für den Menschen bleibt noch die Tätigkeit, die fertig verpackten Pakete im Akkord aus der Maschine zu heben und zu verladen», stellte Adrian Vonlanthen, Mediensprecher Suva, die Situation dar.

Exoskelett-Anbieter: Ottobock, German Bionic, Laevo Exoskeletons, Comau

Tipps zum Thema

Überwachen der Sitzposition

Upright ist ein Bewegungstracker (siehe Foto), der mit einem Halsband oder einem Klebestreifen auf dem Rücken angebracht wird. Er misst die Sitzposition und vibriert, wenn diese zu krumm ist. Über eine App kann man den Fortschritt bei diesem Rückentraining verfolgen.

Trainingsapps für Android und iOS

  • 5 Minuten Rückentraining
  • Kaia Health App
  • Meine Rückenschule
  • ratiopharm Rückenschule für einen starken Rücken
Upright Bewegungstracker Upright Bewegungstracker

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