Auf den ersten Blick wirken die beiden mechanischen Beinschienen im Entwicklungslabor des Instituts für Anthropomatik und Robotik auf dem Campus-Süd am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) wie zwei moderne Orthesen aus einem Reha-Zentrum für den Wiederaufbau eines operierten Knies.

Doch der Schein trügt, denn die beweglichen Schienen sind mit jeder Menge Sensortechnik ausgestattet und liefern den Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern der Forschungsgruppe Hochperformante Humanoide Technologien (H2T) wichtige Hinweise bei der Entwicklung von Exoskeletten.

„Roboter zum Anziehen können die Menschheit verändern. Und vielleicht sogar die Welt retten“, sagt Forschungsgruppenleiter Tamin Asfour. Bislang stecke die Entwicklung zwar noch in den Kinderschuhen und wird am KIT im Rahmen des Assistenz-Roboter-Projekts „ARMAR-6“ betrieben. Doch im Frühjahr will der Experte für den Bau von humanoiden Robotern die entsprechenden Forschungsanträge stellen und die Weiterentwicklung der Exoskelette mit einer Roboterschiene für beide Beine ausweiten.

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Medizintechnische Gehhilfen für querschnittsgelähmte Menschen

„Vor allem in der Medizintechnik gibt es für Exoskelette ein großes Potenzial“, sagt Asfour. Programmierbare Orthesen können nach Einschätzung des Robotik-Professors künftig die Krankengymnastik nach Operationen an Knie oder Knöchel vornehmen und in nicht allzu ferner Zukunft könnten sogar Gehhilfen für querschnittsgelähmte Menschen gebaut werden. „Noch sind wir aber nicht so weit“, warnt Asfour vor verfrühter Euphorie. Die Anpassung der Exoskelette an den menschlichen Körper sei nämlich ebenso wie die Steuerung mit sehr vielen Herausforderungen verbunden.

Der Grund: Weil Asfour die Träger der Exoskelette weder verkabeln noch mit Sensoren bestücken will, müssen sämtliche menschliche Signale zur optimalen Steuerung der Bewegungshilfen durch ein spezielles Analysesystem erfasst und bearbeitet werden. „Der Mensch ist unsere Quelle der Inspiration. Aber er darf nicht gegen das Exoskelett arbeiten. Nur wenn wir wissen, wohin der Träger will, können wir einen funktionierenden Anzug bauen“, sagt Asfour.

Katastrophe von Fukushima lieferte Initialzündung für Exoskelett-Forschung

Den Initialzündung zur intensiven Beschäftigung mit Roboteranzügen lieferte für Asfour die Katastrophe im japanischen Kernkraftwerk in Fukishima am 11. März 2011. „Damals konnten die Katastrophenhelferinnen – und helfer mehrere Tage lang nicht auf das Gelände“, erinnert sich Asfour, und deshalb habe er über die Entwicklung eines von Menschen gesteuerten Schutzanzügen mit mechanischen Vorrichtungen zum Beseitigen des Schutts sowie zum Heben schwerer Lasten nachgedacht. Astronautinnen und Astronauten seien bei Außeneinsätzen im Weltraum schließlich schon lange in speziellen Schutzanzügen unterwegs.

„Natürlich spielt in der Schwerelosigkeit das Gewicht der Anzüge eine untergeordnete Rolle“, weiß Asfour. Aber durch eine Kombination aus humanoiden Robotern und Exoskeletten könnten sicherlich auch Geräte für den Einsatz in Katstrophengebieten konzipiert werden.

In der Automobilindustrie sind Exoskelette bereits gang und gäbe

Weit fortgeschritten ist die Entwicklung von Exoskeletten in der Industrie und die ersten Automobilfirmen setzen zur Entlastung ihrer Beschäftigten bereits auf mechanische Unterstützung bei anstrengenden Überkopfarbeiten. „Aber auch dabei sind der Mechanik Grenzen gesetzt. Eine solche Hilfsvorrichtung kann schließlich keine zehn Kilo nach oben stemmen, sondern lediglich die Gelenke entlasten“, sagt Asfour. Deshalb sei es in manchen Produktionslinien fast sinnvoller, die Autos zu drehen, um den Beschäftigten die Montagearbeiten zu erleichtern.

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Bis es tragbare Ganzkörper-Exoskelette zur Unterstützung bei alltäglichen Tätigkeiten gibt, müssen sich die Menschen nach Asfours Einschätzung allerdings noch eine ganze Weile gedulden. „Solche Anzüge dürfen maximal 25 Kilogramm wiegen und müssen dazu noch mit Energie versorgt werden“, nennt der Anthropomatik-Experte zwei wichtige Herausforderungen. Allzu frühe Erfolgsmeldungen auf dem Gebiet der Robotik wie die Imagevideos der US-amerikanischen Firma Boston Dynamics könne er deshalb auch nicht ernst nehmen. „Dort sieht man einen Roboter, der rennt. Aber nicht, wie oft er vorher hingefallen ist“, sagt Asfour. Schneller geht seiner Ansicht nach die Entwicklung von Insellösungen voran. „Bei der Entwicklung von Exoskeletten für die Hände ist die Wissenschaft schon recht weit“, sagt Asfour. „Und bei der richtigen Programmierung kann man mit einem speziellen Handschuh sogar Klavier spielen lernen“.