Exoskelette Neues Exoskelett-Konzept soll Zeit und Geld sparen

Redakteur: Peter Königsreuther

Exoskelette müssen meist zeitraubend angepasst werden, und besonders teuer ist das Antriebssystem, sagen Forscher der Hochschule Aalen. Das wird sich bald ändern...

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Funktioniert! Blick auf den revolutionären Antrieb für das Exoskelett der Hochschule Aalen. Der Antrieb wird jetzt vergleichsweise günstig, denn er basiert auf einem Baukasten, heißt es.
Funktioniert! Blick auf den revolutionären Antrieb für das Exoskelett der Hochschule Aalen. Der Antrieb wird jetzt vergleichsweise günstig, denn er basiert auf einem Baukasten, heißt es.
(Bild: Hochschule Aalen / G. Keil)

Exoskelette sind quasi Stützstrukturen, die durch mechanische Komponenten die Leistung und Kraft des Trägers steigern und gleichzeitig den Körper entlasten. Wenn man so will, sind es Roboter zum Anziehen. Ihr Einsatz hat durchaus einen Sinn, denn laut Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) sind Muskel- und Skeletterkrankungen in Deutschland die häufigste Ursache von Arbeitsunfähigkeit und vorzeitiger Erwerbsunfähigkeit, merken die Forscher aus Aalen dazu an.

Ein Baukasten-„Iron-Man“ mit Leichtbaueffekt

Der Antrieb, heißt es weiter, ist in diesen körperschonenden Systemen bis heute die teuerste Komponente. Und Exoskelette mit elektromechanischem Antrieb sind nicht ganz ideal, denn sie sind nur von einer Person nutzbar und dann auch nur für einen speziellen Arbeitseinsatz – das macht sie verhältnismäßig teuer. In Sachen günstigere Antriebe arbeiten die Aalener nun an einer revolutionären Alternative: Das Team um Prof. Dr. Matthias Haag, Leiter des Robotiklabors, konstruiert dazu die mechanischen und elektrischen Komponenten für ein Exoskelett so, dass ein Baukastensystem aus Komponenten entsteht. So könnten die Exoskelette einfacher und dennoch individuell zusammengesetzt und von verschiedenen Personen für diverse Jobs genutzt werden.

Standardisierte Bauteile wie Lager, Getriebe und Motoren werden dabei zu einem skalierbaren Antriebssystem kombiniert, dass die Bewegung von Schulter und Ellenbogen unterstützt. „Man kann sich das wie Lego-Technik vorstellen“, erklärt der Mitstreiter Johannes Wanner, der in Kooperation mit der TU Dresden an der Hochschule Aalen promoviert, während er die Tauglichkeit von montierten Antriebseinheiten auf einem speziell entwickelten Prüfstand untersucht. Ein Ziel ist es außerdem, dafür die kleinstmöglichen Motoren zu finden, weil dann auch das Gewicht des Antriebs auf ein Minimum reduziert werden kann.

Leichtbau auf den Arm genommen! „Wir spielen quasi Lego-Technik“, erklärt Johannes Wanner, während er die Tauglichkeit der Antriebseinheiten auf einem speziell entwickelten Prüfstand prüft. Er sucht außerdem den kleinstmöglichen Motor für ein Antriebssystem, dass nur das Nötigste wiegen soll.
Leichtbau auf den Arm genommen! „Wir spielen quasi Lego-Technik“, erklärt Johannes Wanner, während er die Tauglichkeit der Antriebseinheiten auf einem speziell entwickelten Prüfstand prüft. Er sucht außerdem den kleinstmöglichen Motor für ein Antriebssystem, dass nur das Nötigste wiegen soll.
(Bild: Hochschule Aalen / G. Keil)

Das Ganze passiert im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderten Projektes „Leviaktor“, ist zu erfahren, und gemeinsam mit der Technischen Universität Ilmenau Biomechatronik, der Friedrich-Schiller-Universität in Jena, der BM Innovations GmbH, mit Orthopädietechnik Gottinger, der LSK Engineering Services GmbH und mit dem Unternehmen Schunk, heißt es.

Ein Exoskelett passt nicht nur einer Person

Das Exoskelett besteht aus einer harten Außenschale und einem weichen Inlett, informieren die Protagonisten weiter. Seine Außenschale nimmt die Antriebskräfte auf und leitet diese an das Inlett weiter. Letzteres werde individuell für jede Person hergestellt, damit es möglichst angenehm zu tragen sei. Die Außenschale gibt es in drei Standardgrößen für unterschiedliche Körperstaturen. So konzipiert, müsse man in Zukunft nur noch eine Außenschale in Größe S und eine in Größe L anschaffen – das schont den Geldbeutel! Durch das Schalenprinzip könnten sich mehrere Arbeiter der gleichen Körperstatur ein Exoskelett teilen, heißt es weiter. Weil für Schulter, Ellenbogen und andere Sektoren ähnliche Antriebe eingesetzt werden, können diese wirtschaftlich hergestellt und individuell an die Aufgabe angepasst werden. Der Modulbaukasten aus dem diese Antriebsarten zusammengesetzt werden können soll so gut funktionieren, dass jeder Orthopädietechniker hochwertige und nicht zuletzt erschwingliche sowie flexibel einsetzbare Exoskelette anbieten kann, fassen die Experten die Vorteile zusammen. „Damit unser Exoskelett akzeptiert wird, schneiden wir es auf die Bedürfnisse der Nutzer zu. Wir sorgen so für einen hohen Tragekomfort, eine einfache Bedienung sowie für die Möglichkeit ein Sicherheitssystem zu integrieren. Wir müssen dabei einen robusten, konturnahen und eben auch leichten Aufbau schaffen", betont Haag.

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Infos & Anmeldung

Die Funktionsfähigkeit ist bewiesen

Erste Probandentests sind laut Haag vorerst abgeschlossen, die Ergebnisse auch schon ausgewertet. „Mit Blick auf die technischen Eigenschaften optimieren wir aktuell die letzten Feinheiten am Versuchsstand", merkt Wanner an. Verschiedene Prototypen der Antriebseinheiten seien bereits vorhanden und würden jetzt vom Forscherteam des Robotiklabors weiterentwickelt. Die Schalen werden dabei parallel von Orthopädietechnikern konstruiert. Ein vollständiger Prototyp des Exoskeletts soll Mitte des Jahres fertig sein.

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