Mechanisch per Exoskelett unterstützte Logistikarbeiter klingen nach starkem Science-Fiction-Tobak. Tatsächlich hat Fraunhofer ein Skelett entwickelt, dass sich für den Einsatz in Montage oder Logistik eignen könnte.
Zwar gebe es bereits in der Forschung solche Exoskelette, also am Körper getragene Stützstrukturen. In der Industrie sei die Akzeptanz jedoch gering. Laut Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) sind diese bisher nicht nur schwer und teuer, sondern schränken die Bewegungsfreiheit des Trägers ein. Dabei bietet die Gerätschaften Potenzial. Wie das IPA den DAK-Gesundheitsreport zitiert, sorgen Erkrankungen des Muskel-Skelett-Systems in Deutschland für rund 125 Millionen Ausfalltage pro Jahr. "Das ergibt einen Wertschöpfungsausfall von ca. 22,7 Milliarden Euro", kommentiert David Minzenmay, Wissenschaftler beim IPA die Zahlen. "Verletzungen treten hier vor allem an Rücken- und Lendenwirbeln, den Schultern, Ellenbogen und Handgelenken auf."
Genug Bewegungsspielraum für den Träger
Genau dort soll die Entwicklung des Instituts ansetzen. An Ellenbogen und Schultern haben die Forscher demnach Antriebsmodule mit hohem Drehmoment integriert. Dabei lasse das Oberkörperexoskelett auch schnelle und intuitive Bewegungen zu. Eine Freilaufkupplung erlaube dem Träger, sich frei zu bewegen. Dazu müsse der Motor nicht angeschaltet sein. An der Schulterpartie verfügt das Skelett über eine Gelenkkette mit fünf Rotationsachsen. "Die Kette folgt der Schultergelenkgruppe in jede Position", so Minzenmay weiter. "Das Antriebselement sitzt also immer dort, wo die Schulter gerade ist." Auf diese Weise seien komplexe Bewegungen in drei Richtungen möglich, nach oben, hinten und innen. "Selbst Überkopfmontagen können bewältigt werden."
Serienreife in vier Jahren
Eine externe Wirbelsäule entlastet zudem den Rücken des Trägers. Diese ist laut IPA aus flexiblen Stäben aufgebaut. "Dadurch werden die Kräfte auf die Hüfte oder den Boden abgeleitet, die Rotation und Flexion aber nicht eingeschränkt." Das Skelett erkenne überdies, wann es unterstützen muss. Diese Arbeit übernehmen Drucksensoren in den Armschellen und ein Sensorinnenhandschuh. "Mit den Sensoren versteht das Exoskelett die Nutzerintention. Der Handschuh dient der Gewichtsschätzung und das EMG-Signal bestimmt die Muskelaktivität." Die Sensorik aktiviere die einzelnen Module nur dann, wenn sie tatsächlich gebraucht werden. Damit lasse sich zusätzlich Energie sparen. Im kommenden Jahr soll die Praxiserprobung starten. "In ca. vier Jahren wollen wir in der Lage sein, für spezifische Montageschritte ein passendes Exoskelett zusammenzustellen", sagt Minzenmay.
