Spis treści:
Glänzende Rüstungen schützen den Ritter vor Schwertern und Pfeilen, aber da das Schlachtfeld zunehmend von der Technik beherrscht wird, reicht dieser Schutz mit der Zeit nicht mehr aus. Überlassen wir jedoch die Verwendung von Exoskeletten zum Schutz vor Kugeln den Science-Fiction-Filmen und Videospielen. Heute wollen wir uns auf Geräte konzentrieren, die Menschen helfen, die an Verletzungen leiden und schwere, gefährliche körperliche Arbeit verrichten. Lernen Sie also etwas über Exoskelette.
Ein kleiner Einblick in die Wunder der Natur, das natürliche Exoskelett
Exoskelette sind seit langem Futter für die Science-Fiction. Heutzutage werden sie von vielen privaten Unternehmen und öffentlichen Einrichtungen für verschiedene Anwendungen entwickelt und gebaut. Sie helfen insbesondere Menschen mit Behinderungen, wieder zu laufen. In nicht allzu ferner Zukunft haben Exoskelette eine echte Chance, Teil des Lebens zu werden und nicht nur ein Werkstatttraum und ein Luxus zu einem horrenden Preis. Doch bevor wir uns mit dem Bau von Exoskeletten beschäftigen, sollten wir die Frage beantworten: Was sind natürliche Exoskelette und wie funktionieren sie? Wir haben uns die Encyclopaedia Britannica angesehen.
Ein Exoskelett ist eine starre oder gegliederte Hülle, die die Weichteile einiger Tiere stützt und schützt. Der Begriff umfasst die kalkhaltige Hülle von wirbellosen Tieren wie Muscheln, wird aber meist zur Beschreibung der Chitinhülle von Arthropoden – Insekten, Spinnen und Krebstieren – verwendet. Bei Landtieren hat diese Hülle kleine Atemlöcher. Durch den Schutz vor Austrocknung hat das Exoskelett Arthropoden, insbesondere Insekten, in die Lage versetzt, die meisten Landlebensräume zu bewohnen.
Flexible Gelenke im Exoskelett von Lebewesen wie dem Hummer ermöglichen eine große Bewegungsfreiheit. Das Exoskelett wächst nicht, sondern muss regelmäßig “abgestoßen” und neu ausgesponnen werden. Während dieser Zeit ist das Tier weich und anfällig für Raubtierangriffe und Umweltveränderungen.
Was ist ein Roboter-Exoskelett?
Roboter-Exoskelette sind elektromechanische, tragbare Geräte. Man könnte sagen, dass sie in die Kategorie der Wearable-Technologie passen. Ihr Ziel ist es, die körperliche Funktionsfähigkeit der Nutzer zu verbessern. Sie eignen sich gut als orthopädische Hilfsmittel zur Rehabilitation oder zur Bewegungsunterstützung Ein motorisiertes Exoskelett kann ein Gerät sein, das auf Empfehlung eines Arztes ausgegeben wird. Es besteht aus einer externen, motorbetriebenen Orthese, die an geschwächten oder gelähmten Gliedmaßen angebracht wird.
Zu den weniger offensichtlichen Vorteilen der Verwendung eines Exoskeletts gehören die Verringerung chronischer Schmerzen, die Verringerung der für die Bewegung der Gelenke (Knie, Hüfte und Knöchel) erforderlichen Energie, da diese Last vom Exoskelett selbst aufgenommen wird, sowie die Messung kinematischer und dynamischer Parameter der Gliedmaßenbewegung und somit leistungsbezogene Indikatoren. So können nicht nur Bewegungsumfang, Schnelligkeit und Flüssigkeit verbessert werden, sondern der Therapeut kann sich auch ein wenig entspannen.
Wie ist ein Exoskelett aufgebaut?
Robotische Exoskelette bestehen aus Sensoren, Aktoren und verschiedenen mechanischen Strukturen. Die Prototypen nutzen Pneumatik, Hebel, Hydraulik und eine beliebige Kombination kybernetischer Technologien sowie Algorithmen und Informationssteuerungsstrategien, um eine bestimmte motorische Funktion auszuführen. Ein wesentliches Merkmal von Exoskeletten ist die direkte Interaktion zwischen Mensch und Gerät. Dieser Aspekt kann in kognitive Interaktion und rein physische Interaktion unterteilt werden. All dies, um eine bessere Toleranz gegenüber mechanischen Belastungen zu gewährleisten, um die vom Benutzer beabsichtigte Bewegung zu erfassen und zu synchronisieren und um ein nahtloses Signal an die Motoren zu übertragen, die sozusagen die Motorisierung der gesamten Struktur steuern.
Ein energiebetriebenes Exoskelett unterscheidet sich von einem passiven Exoskelett. Letztere verfügen über keinen Aktuator und verlassen sich bei der Ausführung der Bewegungen vollständig auf die Muskeln des Benutzers, was die Belastung und die Anfälligkeit für Ermüdung erhöht. Dies erklärt auch den Unterschied zwischen einem Exoskelett und einer Orthese, da Orthesen hauptsächlich darauf abzielen, eine allmähliche Steigerung der Muskelarbeit zu fördern oder bestenfalls die bestehende Muskelfunktion wiederherzustellen und zu verbessern.
Wo werden Exoskelette eingesetzt?
Wozu und von wem wird das Exoskelett verwendet? Lassen wir die militärischen Anwendungen und Entwürfe des Supersoldaten der Zukunft erst einmal in den Regalen der Bibliotheken und auf den Kinoleinwänden. Die passive Exoskelett-Technologie wird zunehmend in der Automobilindustrie eingesetzt, um Verletzungen der Arbeitnehmer (insbesondere im Schulter- und Wirbelsäulenbereich) zu verringern und ermüdungsbedingte Fehler zu reduzieren. Ihre Anwendbarkeit in der Logistik wird ebenfalls erforscht. Exoskelette unterstützen Beuge- und Streckbewegungen der Arme, stützen die Lendenwirbelsäule beim Heben von Gewichten und unterstützen bei Ein-Gelenk-Exoskeletten einen an die Aufgabe angepassten Bewegungsumfang. Industrielle Exoskelette müssen wie ein Ninja-Anzug sein, d. h. leicht, bequem, sicher und mit möglichst geringen Auswirkungen auf die Arbeitsumgebung. Elektrisch betriebene vollständige Exoskelette wurden nicht nur zur Unterstützung beim Tragen schwerer Lasten, sondern auch für spezielle Anwendungen wie die Wartung in Kernkraftwerken entwickelt.
Exoskelett-Technologie - Beispiele
- Das in Kalifornien ansässige Unternehmen Ekso Bionics entwickelt bionische Anzüge, die Patienten mit Rückenmarksverletzungen, Schlaganfall und Hirnverletzungen eine Unterstützung für den Ober- und Unterkörper bieten. Sie haben den Patienten bereits geholfen, mehr als 180 Millionen Schritte zu machen.
- Auf ähnliche Weise arbeitet ReWalk Robotics. Dr. Amit Goffer, der selbst an Tetraplegie leidet, gründete das Unternehmen, weil er Menschen mit Lähmungen der unteren Gliedmaßen helfen wollte, wieder zu gehen. Im Jahr 2014 wurde das ReWalk Personal-System von der FDA für die Verwendung zu Hause oder in der Öffentlichkeit zugelassen. Allerdings gibt es im Internet auch Kritik an dem System, vor allem wegen seines Preises.
- Mit dem Cray X von German Bionic kann der Arbeiter problemlos Gewichte von bis zu 30 kg tragen. Das integrierte Smart Safety Companion-System hilft, häufige Hebeverletzungen zu vermeiden.
- Anfang 2022 hat der in Paris ansässige Exoskelett-Hersteller Wandercraft eine Serie-C-Finanzierung in Höhe von 45 Mio. USD aufgenommen und damit ein starkes Investoreninteresse gezeigt. Ottobock, ein Hersteller von Prothesen und Exoskeletten, hat Ende 2021 SuitX, einen anderen Exoskelett-Hersteller, übernommen. Was bedeutet das? Es ist sicherlich so, dass die Arbeit kleinerer Unternehmen von größeren Unternehmen anerkannt wird, die das Potenzial dieser Technologie erkennen.
- Der Markt für Exoskelette hat sich in den letzten Jahren sehr gut entwickelt, obwohl er immer noch eine Nische darstellt. Der aktualisierte Katalog des Exoskeleton Report für das Jahr 2021 listet 118 Unternehmen aus der ganzen Welt auf, die an 172 Exoskeletten arbeiten, die bereits auf dem Markt sind oder in Kürze auf den Markt kommen werden. Dies ist ein deutlicher Anstieg im Vergleich zu Anfang 2020, als 80 solcher Unternehmen registriert waren.
Wir haben nur einige wenige Beispiele für den Einsatz von Exoskeletten in der Praxis zusammengestellt, um zu verdeutlichen, dass es sich nicht um eine völlige Phantasmagorie handelt. Viele andere können online gefunden werden.
