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LEAD Innovation Blog

Lesen Sie hier unsere neuesten Beiträge über Innovationsmanagement und Innovationen verschiedenster Branchen.

Datum: 22-Nov-2018

Exoskelett - Innovation in Industrie, Medizin und Freizeit

 

Das Exoskelett als Erweiterung des menschlichen Körpers soll Menschen bei Bewegungen unterstützen und körperliche Belastungen reduzieren. In der Rehabilitation sind Exoskelette bereits seit längerer Zeit im Einsatz, innovative Anwendungen machen das Konzept nun vielseitig interessant. Lesen Sie in diesem Blogbeitrag über das Exoskelett - Innovation in Industrie, Medizin und Freizeit.

Der Chairless Chair

Ein Stuhl, der in der Produktionshalle nie im Weg steht, soll Industriearbeitern den Job erleichtern. Diese Vision hat das Schweizer Unternehmen Noonee nun mit einem Exoskelett umgesetzt, das an den Körper geschnallt wird und Sitzen ohne Stuhl ermöglicht. Der Chairless Chair wird während der Arbeit wie ein zweites Paar Beine getragen, das dann stützt, wenn es gebraucht wird. Mitarbeiter an Fertigungslinien können damit fließend zwischen aktivem Sitzen, Stehen und Gehen wechseln.

Das Exoskelett befindet sich an der Rückseite der Beine und ist mit Gurten an Hüfte, Knien und Knöcheln befestigt. Zwei mit Leder bezogene Flächen stützen Gesäß und Oberschenkel, die beiden Streben aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) passen sich der Kontur der Beine an. Sie sind mit Gelenken in Kniehöhe ausgestattet und lassen sich hydraulisch an die Körpergröße des Menschen sowie die gewünschte Sitzposition anpassen. Der „stuhllose Stuhl“ selbst wiegt lediglich 2,4 Kilogramm.

Trendsammlung Medizin

 

Reges Interesse an der Innovation haben bereits Automobilhersteller gezeigt. Audi war ein Early Adopter des Systems und maßgeblich an dessen Weiterentwicklung für den industriellen Betrieb beteiligt. Auch bei BMW befindet sich der Stuhl bereits im Einsatz.

 

Der smarte Handschuh mit übernatürlichen Kräften

Neben intelligenten Handschuhen, werden nun auch kraftverstärkende Handschuhe vermehrt im industriellen Bereich eingesetzt. Einer der Pioniere auf dem Gebiet der Roboterhand ist das Technologieunternehmen Festo mit seiner ExoHand. Als Force Feedback-System kann die ExoHand im Produktionsumfeld nicht nur zur Kraftverstärkung eingesetzt werden, sondern den Handlungsspielraum des Menschen erweitern und zur Fernmanipulation im industriellen Umfeld genutzt werden. Darüber hinaus ist die ExoHand auch im medizinischen Bereich in Kombination mit einer Gehirn-Computer-Schnittstelle zur Rehabilitation von Schlaganfallpatienten einsetzbar.

Exohand von FESTO

© Exohand von FESTO

 

Ein ähnlicher Handschuh wurde von General Motors in Zusammenarbeit mit der Nasa und Bioservo Technologies entwickelt. Der kraftverstärkende Robo-Glove nutzt die Erkenntnisse aus der Entwicklung des humanoiden Roboters Robonaut 2 für den industriellen Einsatz. Durch zahlreiche Sensoren unterstützt, übernehmen mechanische Spann- und Stellglieder die Funktion von menschlichen Sehnen und Muskeln.

 

Manuelle Tätigkeiten von Industriearbeitern erfordern damit erheblich weniger Kraftaufwand.

Der Handschuh kann Kräfte um das Dreifache verstärken, für eine Montagetätigkeit mit einem Kraftaufwand von sechs Kilogramm muss ein Arbeiter dann nur einen Eigenaufwand von zwei Kilogramm leisten. Der batteriebetriebene Handschuh verfügt auch über einen Tastsinn und erkennt, ob Gegenstände gegriffen oder losgelassen werden.

RoboGlove

© RoboGlove von General Motors/NASA

 

Eine elegantere Variante des kraftverstärkenden Handschuhs hat kürzlich das portugiesische Unternehmen Nuada vorgestellt. Neben Arbeitern und Sportlern sollen davon vor allem ältere oder durch einen Unfall oder eine Krankheit eingeschränkte Menschen profitieren. Der Handschuh ist sehr leicht und verstärkt durch das elektromechanische Unterstützungssystem im Handschuh die Bewegungen der Handfläche und der Finger. Elektronische Sehnen unterstützen beim Öffnen und Schließen der Hand sowie bei der Ausführung grundlegender Bewegungen. Ein Sensor liefert Informationen über Stärke, Zugkraft, Geschicklichkeit und andere Metriken.

Nuada

© Nuada

 

Das Exoskelett für den Oberkörper

Im Rahmen eines Pilotprogramms testet Ford derzeit in zwei Werken in den USA ein Exoskelett der Firma Ekso Bionics für den Oberkörper. Die EksoVest wurde entwickelt, um Arbeitsplatzverletzungen zu reduzieren und Industriearbeiter bei ihrer täglichen Arbeit zu entlasten. Es handelt sich dabei um ein tragbares Gerät, das die Arme des Arbeiters hebt und stützt. Die EksoVest stellt eine enorme Entlastung dar, bedenkt man, dass Fließbandarbeiter ihre Arme 4.600 Mal pro Tag und etwa eine Million Mal pro Jahr anheben müssen. Laut Ford bieten die Westen bis zu 68 Kilogramm Unterstützung pro Arm.

 

Exoskelett zum Heben schwerer Lasten

Ein Exoskelett zum Heben schwerer Lasten sowie manuellen Handhabe von Gütern und Werkzeugen bietet das Augsburger Unternehmen German Bionic Systems an. Gesteuert wird das Exoskelett Cray über Momenten- und Neigungssensoren. Bei Verwendung eines Datenhandschuhs kann zusätzlich ein Drucksensor eingesetzt werden. Eine Akkuladung soll für acht bis zehn Stunden Betriebsdauer reichen. Das Exoskelett wird auf den Rücken geschnallt und an den Oberschenkeln befestigen, sodass zwei seitlich ungefähr auf Hüfthöhe angebrachte Motoren die Hebetätigkeit mit jeweils etwa 20 Newtonmeter unterstützen können.

Exoskelett Cray

© Exoskelett Cray von German Bionics Systems

 

Roam Ski: Exoskelett für Skiläufer

Das US-Unternehmen Roam Robotics hat im März 2018 ein marktreifes Exoskelett vorgestellt, das Skifahrer und Snowboarder auf der Piste unterstützen soll. Mit Roam Ski kann der Sport länger und sicherer ausgeübt werden, wenn Kraft und Ausdauer nachgelassen haben oder die Kondition nicht gegeben ist. Damit ist das System für ältere Personen oder wenig geübte Freizeitsportler optimal geeignet. Andere unterstützt das Exoskelett bei Knieproblemen und Profis soll es ermöglichen, nach einer Verletzung schneller das Training wieder aufzunehmen. 

Das System besteht aus zwei Schienen, die am Oberschenkel befestigt werden und mit dem Skischuh verbunden sind. Der pneumatisch betriebene Aktor ist in der Höhe des Knies verbaut, Akku und Steuerungseinheit sind in einem kleinen Rucksack untergebracht. Über eine App kann der Benutzer einstellen, wie stark das System ihn automatisch oder manuell unterstützen soll. Zusätzlich lassen sich Performance-Messungen abfragen.

Roam Ski funktioniert wie ein intelligenter Stoßdämpfer. Mittels eines Sensors wird erfasst, wenn der Skifahrer das Knie beugt. Dann wird Luft in den Aktor gepumpt, der sich ausdehnt und einen Teil der Arbeit übernimmt, die sonst die Beinmuskulatur leisten muss. Somit muss der Skifahrer selbst weniger Kraft aufwenden.

Ein Roam-Ski-System kostet 2.500 US-Dollar. Für 2018 ist der Verkauf einer limitierten Anzahl vorgesehen, ab 2019 soll das System generell verfügbar sein. Der Hersteller fokussiert hier vor allem auf die Vermietung in Wintersportorten, damit sich Skiläufer das Exoskelett nicht kaufen müssen.

 

Die High-Tech Armprothese

In den vergangenen Jahren haben sich Armprothesen durch neue Innovationen zu echten High-Tech-Wundern entwickelt. Sie können mittlerweile nicht nur mithilfe eines 3D-Druckers hergestellt werden, sondern auch mit Gedanken kontrolliert werden. Letzteres wurde bislang durch Elektroden bewerkstelligt, die an noch vorhandenen Muskeln am Armstumpf angebracht werden.

In den USA konnten Forscher kürzlich einen Durchbruch in Hinblick auf sensorische Empfindungen erzielen, indem sie es geschafft haben, mit einer Prothese den inneren Sinn nachzustellen. Der innere Sinn bedeutet nichts anderes, als das intuitive Erfühlen der Gliedmaßen-Bewegung, z. B. das Öffnen und Schließen der Hand. Der Vorteil der Innovation liegt für den Träger einer Prothese darin, dass er in Zukunft agieren kann, ohne ständig zu beobachten, was er tut. So muss er derzeit etwa genau hinsehen, wie stark er die Handprothese zudrückt, wenn er zum Beispiel ein Glas halten möchte.

Cleveland Clinic 

© Cleveland Clinic Center for Medical Art & Photography, 2018.

 

Ein Meilenstein in der Weiterentwicklung von gedankengesteuerten Prothesen konnte kürzlich in Wien gesetzt werden – mit einem weltweit einzigartigen Kombinationseingriff an Skelett- und Nervensystem an einem Arm. Im Rahmen des Fachkongresses „Innovations in Amputation Surgery and Prosthetic Technologies“ (IASPT), der von 10. Bis 12. Mai am Wiener AKH stattfand, wurde einem Patienten bei einer Live-OP ein Implantat für eine bionische Armprothese eingesetzt, welches die mechanische Anbindung und Datenübertragung der Nervenimpulse ermöglicht.

Es wurden nicht nur Nerven verlagert, die eine intuitive Steuerung der Armprothese ermöglichen, sondern auch gleichzeitig ein Implantat in den Knochen des verbliebenen Oberarmstumpf eingesetzt, wodurch eine mechanisch stabile Verbindung der Prothese mit dem Stumpf ermöglicht wird. Damit sind auch Rotationsbewegungen mit Hilfe des intakten Schultergelenks möglich.

 

Fazit: Exoskelett - Innovation in Industrie, Medizin und Freizeit

Was lange nur Science Fiction war, findet zunehmend Eingang in die Realität. Sensorik, Bionik und Digitalisierung ermöglichen die Verbindung von Roboter und Mensch und schaffen neue Anwendungsmöglichkeiten in Industrie, Freizeit und Medizin. Im industriellen Bereich befinden sich Exoskelette noch in einem frühen Stadium der Entwicklung, erste Industrie-Unternehmen beginnen jedoch bereits mit dem Einsatz im Regelbetrieb und eine rasche Weiterentwicklung ist zu erwarten.

Trendsammlung Medizin

Julian Eberling

Born in Vienna. Since 2018 "Certified Service Design Thinker" he has been pursuing his passion as Innovation Manager at LEAD Innovation.

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