Exoskelette verstärken Menschen

Exoskelette stellen eine innovative Technologie dar, die darauf abzielt, die physischen Fähigkeiten des menschlichen Körpers zu erweitern, zu unterstützen oder vor Überbeanspruchung zu schützen. Diese tragbaren Systeme finden in verschiedenen Anwendungsbereichen zunehmend Beachtung. Der folgende Artikel beleuchtet die Geschichte, die Funktionsweise, die Vorteile und die potenziellen zukünftigen Entwicklungen dieser Technologie.

Grundlagen und Funktionsweise von Exoskeletten

Exoskelette sind eine Technologie zur Steigerung der körperlichen Leistungsfähigkeit und Reduktion von Belastungen. Die externen Geräte, die am Körper getragen werden, haben im Normalfall zum aktuellen Zeitpunkt Sensoren, sowie eine Justierung und Steuerung per App auf dem Smartphone.
Diese tragbare Struktur, die extern am Körper angebracht wird und mechanische Unterstützung bietet, besteht typischerweise aus einem Rahmen, der an verschiedenen Körpersegmenten befestigt ist, sowie aus Aktuatoren (z. B. Elektromotoren, pneumatische oder hydraulische Systeme), Sensoren zur Erfassung von Bewegung und Kraft sowie einer Steuerungseinheit. Die Steuerung kann autonom oder in Interaktion mit dem Nutzer erfolgen, um gezielte Unterstützung in Abhängigkeit von der ausgeführten Tätigkeit zu leisten.

Historische Entwicklung von Exoskeletten

Die Konzeption von Geräten zur Unterstützung oder Verstärkung menschlicher Bewegung reicht bis ins späte 19. Jahrhundert zurück. Ein frühes Patent wurde 1890 von Nicholas Yagn für einen „Apparat zur Unterstützung des Gehens, Springens und Laufens“ eingereicht. Im 20. Jahrhundert, insbesondere im Kontext militärischer Anwendungen, wurden weitere Forschungs- und Entwicklungsbemühungen unternommen. Frühe Prototypen waren jedoch oft durch ihr Gewicht, ihre mangelnde Agilität und die Notwendigkeit externer Energiequellen limitiert. Fortschritte in der Robotik, der Materialwissenschaft und der Energiespeichertechnologie in den jüngeren Jahrzehnten haben die Entwicklung praxistauglicherer Exoskelette ermöglicht.

Nutzen und Anwendungsbereiche von Exoskeletten

Exoskelette bringen, grob vereinfacht, Rückenwind beim Laufen und Fahrradfahren und zusätzliche Arme beim Heben. Das Hypershell Pro X Exoskelett verspricht ca. eine Reduktion von 30% der körperlichen Anstrengung beim Laufen, 40% mehr Stärke und bis zu 30 kg mehr heben können.
Der Einsatz von Exoskeletten bietet diverse Vorteile in unterschiedlichen Sektoren:

• Reduktion physischer Belastung: In industriellen Umgebungen und im Baugewerbe können Exoskelette dazu beitragen, die Belastung des Muskel-Skelett-Systems bei schweren Hebetätigkeiten, Überkopfarbeiten und repetitiven Bewegungen zu verringern. Dies könnte präventiv gegen arbeitsbedingte Erkrankungen wirken.
• Kraftunterstützung: Aktive Exoskelette ermöglichen es dem Nutzer, höhere Lasten zu bewegen, als es ohne Unterstützung möglich wäre. Dies könnte die Effizienz in Logistikprozessen und in der Produktion steigern.
• Steigerung der Ausdauer: Durch die Reduktion der muskulären Beanspruchung können Exoskelette die Ermüdung bei lang andauernden oder wiederholten Tätigkeiten verzögern und somit die Ausdauer des Nutzers erhöhen.
• Medizinische Rehabilitation: Im Gesundheitswesen werden Exoskelette zur Unterstützung der Rehabilitation von Patienten mit Mobilitätseinschränkungen eingesetzt. Robotische Gangtrainer können beispielsweise das Wiedererlernen des Gehens nach neurologischen Ereignissen oder Verletzungen erleichtern.
• Unterstützung im Pflegebereich: Exoskelette können Pflegepersonal bei der körperlich anstrengenden Aufgabe des Hebens und Umlagerns von Patienten entlasten und somit das Risiko von Rückenverletzungen reduzieren.

Beispiele für die Anwendung von Exoskeletten

Exoskelette sind relativ neu und suchen natürlich nach Anwendungen. Mit der zunehmenden Einführung und Nutzung werden hier viele Use Cases entstehen. Erkennbar sind mindestens diese Fälle:

• Automobilindustrie: Einsatz von passiven und aktiven Exoskeletten zur Unterstützung von Montagearbeiten, beispielsweise bei Überkopfarbeiten oder der Handhabung schwerer Komponenten.
• Logistikzentren: Verwendung von Exoskeletten zur Reduktion der Belastung beim Heben und Transportieren von Gütern, was zu einer Effizienzsteigerung und einer Verringerung von Arbeitsunfällen führen kann.
• Baugewerbe: Anwendung von Exoskeletten zur Unterstützung bei körperlich anstrengenden Tätigkeiten wie dem Heben schwerer Materialien oder dem Einsatz von Werkzeugen.
• Klinische Rehabilitationseinrichtungen: Einsatz von robotischen Exoskeletten zur Unterstützung von Gangtherapien und zur Verbesserung der motorischen Fähigkeiten von Patienten.
• Pflegeheime und Krankenhäuser: Implementierung von Exoskeletten zur Entlastung des Pflegepersonals bei der Mobilisierung von Patienten.

Exoskelett Beispiele im Video kennenlernen

Beispiel Hypershell Pro X

Ausblick auf die zukünftige Entwicklung von Exoskeletten

Die Weiterentwicklung von Exoskeletten könnte voraussichtlich durch folgende Trends geprägt sein:

• Gewichtsreduktion und verbesserter Tragekomfort: Fortschritte in der Materialwissenschaft werden zur Entwicklung leichterer und flexiblerer Exoskelette führen, was die Akzeptanz und den Langzeiteinsatz verbessern wird.
• Intelligentere Steuerungssysteme: Die Integration von künstlicher Intelligenz und fortschrittlichen Sensorik wird eine präzisere und adaptivere Unterstützung ermöglichen, die sich dynamisch an die Bedürfnisse des Nutzers anpasst.
• Erhöhte Energieeffizienz: Verbesserungen in der Batterietechnologie und im Energiemanagement werden die Betriebsdauer aktiver Exoskelette verlängern.
• Integration mit anderen Technologien: Eine stärkere Vernetzung mit anderen intelligenten Systemen und Wearables ist denkbar, um eine umfassendere Unterstützung des Nutzers zu gewährleisten.
• Kostensenkung: Mit zunehmender Marktreife und Skalierung der Produktion ist eine Reduktion der Anschaffungskosten zu erwarten, was eine breitere Implementierung ermöglicht.
• Spezialisierung: Es ist wahrscheinlich, dass sich spezifischere Exoskelett-Lösungen für einzelne Anwendungsbereiche und Nutzergruppen entwickeln werden.

Fazit

Exoskelette stellen eine vielversprechende Technologie dar, die das Potenzial besitzt, die körperliche Leistungsfähigkeit zu optimieren und die Belastung in verschiedenen Arbeitsumfeldern signifikant zu reduzieren. Die kontinuierliche Weiterentwicklung in den Bereichen Materialwissenschaft, Robotik und künstliche Intelligenz wird die Funktionalität und Anwendbarkeit von Exoskeletten weiter verbessern und ihre Integration in diverse industrielle und medizinische Kontexte vorantreiben. Die zukünftige Verbreitung dieser Technologie wird maßgeblich von der Balance zwischen Funktionalität, Tragekomfort und Wirtschaftlichkeit abhängen.

Es wird spannend zu sehen, wie sich Exoskelette entwickeln werden. Die Entwicklung ist hier erst am Anfang. Vielfältige Erweiterungen werden sich durch die Kombination mit anderen Wearables ergeben. Kleidung, die als Sensoren tätig sind, Smartwatches, Smart Glasses, VR/AR Augmented Reality Systeme und natürlich erstmal auch Smartphones werden zu Systemen verschmelzen.
Ist das gut oder schlecht? Das scheint mir die falsche Frage. Aktuell kann ich das Thema noch nicht beantworten.