Anlässlich unseres 100-jährigen Bestehens präsentieren wir – elektrotechnik AUTOMATISIERUNG – die Pioniere der industriellen Automation. In einer exklusiven Berichtserie zeigen wir deren Errungenschaften. Mit den Wegbereitern der Automation lassen wir Technologien und Entwicklungen Revue passieren, betrachten die Gegenwart und wagen einen Blick in die Zukunft!

Exoskelett

Mit einem Roboter-Exoskelett wieder laufen können

| Autor / Redakteur: Stefan Roschi * / Gerd Kucera

Andre van Rüschen ist heute täglich im aufrechten Gang unterwegs.
Andre van Rüschen ist heute täglich im aufrechten Gang unterwegs. (Bild: BERLIFOTO)

Jährlich erleiden weltweit geschätzt 130.000 Personen eine Querschnittlähmung. Mit einem Exoskelett können diese Menschen wieder stehen, laufen, sich umdrehen und selbstständig hinsetzen – Kleinmotoren von Maxon Motor treiben die technischen Wunderwerke an.

Zum Jahresende 2015 lebten laut Statistischem Bundesamt rund 7,6 Millionen schwerbehinderte Menschen in Deutschland. Weltweit sind nach Schätzungen von Maxon Motor etwa 185 Millionen Menschen auf den Rollstuhl angewiesen. Ein Roboter-Exoskelett kann querschnittgelähmten Menschen ein Stück Lebensqualität zurückgeben.

Ein Exoskelett stützt den menschlichen Körper von außen. Exoskelette werden entwickelt, um Menschen mit Bewegungseinschränkungen das Gehen zu ermöglichen, was ihre Stärke und Ausdauer verbessert. Sie können aufstehen, sich umdrehen und sich selbstständig wieder hinsetzen; Seitwärtsbewegungen, Treppensteigen und das Gehen auf harten, ebenen Oberflächen inklusive Steigung und Gefälle, sind ebenfalls möglich. Zwar sind die bionischen Beine kein vollständiger Ersatz für den Rollstuhl. Aber allein einem Menschen im Gespräch wieder in Augenhöhe gegenüberzustehen, ist für diese Menschen ein unglaubliches Erlebnis.

Trotz Querschnittslähmung eigenständig laufen

Andre van Rüschen beispielsweise kann seit einem Autounfall seine Beine nicht mehr spüren. Trotzdem ist er täglich zu Fuß unterwegs. Sogar Treppen meistert er inzwischen alleine. Andre van Rüschen hält sich mit der einen Hand am Geländer, mit der anderen stützt er sich auf den Gehstock. Seine Beine meistern Stufe für Stufe, und oben angekommen, lächelt er. Für ihn ist Laufen ein reines Glücksgefühl. Denn Andre ist querschnittsgelähmt. Durch den Autounfall wurde sein Rückenmark durchtrennt. Dennoch ist er täglich im aufrechten Gang unterwegs. Ein Exoskelett übernimmt die Funktion seiner Beine. Es ist ein mechatronisches Stütz- und Bewegungssystem, in dem Elektromotoren die Bewegung der Hüften und Knie übernehmen.

Die israelische Firma Rewalk Robotic entwickelt solche Systeme und gilt bereits als sehr etabliert, obwohl der Markt für Exoskelette noch jung ist. Ihre Produkte sind in den USA, in Europa und weiteren Ländern für den Privatgebrauch zugelassen. Mehr als 120 Trainingszentren weltweit sind mit solchen Geräten ausgestattet.

Schweizer Motoren bewegen Exoskelette weltweit

Cybathlon

Schweizer Motoren bewegen Exoskelette weltweit

27.09.16 - 74 Athleten aus 25 Ländern zeigen beim Cybathlon, wie ihnen Robotertechnik im Alltag hilft. Am ersten Cybathlon, dem bionische Kräftemessen in Zürich, präsentieren Forscher die weltweit besten Exoskelette, mit denen querschnittgelähmte Menschen wieder gehen können. Einen großen Anteil an dieser Entwicklung haben Schweizer Motoren. lesen

Andre van Rüschen meldete sich 2012 als Testperson bei Rewalk und wurde daraufhin nach London in ein Trainingscamp eingeladen. Dort lernte er, mit dem Exoskelett zu stehen, zu laufen und sich umzudrehen. Die Steuerung funktioniert über eine Uhr und mittels Gewichtsverlagerung. Eine Betreuungsperson stand ihm jeweils zur Seite. Später konnte sich der Familienvater aus Deutschland alleine fortbewegen.

„Es ist ein grandioses Gefühl – fast wie Schweben“, sagt er, „sobald ich mich am Exoskelett anschnalle, möchte ich nur noch laufen, laufen, laufen.“

Wenn querschnittgelähmte Menschen wieder selbstständig gehen können, hat das einen positiven psychologischen Effekt: Wieder mal eine andere Perspektive, den Mitmenschen auf Augenhöhe begegnen. Aber nicht nur das. Klinische Studien haben gezeigt, dass vermehrtes Gehen und Stehen auch der Gesundheit zuträglich ist. Exoskelett-Benutzer haben eine verbesserte Blasen- und Darmfunktion, einen ruhigeren Schlaf und allgemein weniger Schmerzen, sodass sie seltener Medikamente benötigen. Auch bei Andre sind die häufigen Rückenschmerzen und eine chronische Blasenentzündung praktisch ganz verschwunden, seit er wieder gehen kann.

DC-Motoren treiben Bewegungen an

Das aktuelle Modell, das er verwendet, ist das Rewalk 6.0. Bei vorherigen Systemen musste die Batterie noch als Rucksack getragen werden. Jetzt ist sie im Gerüst integriert und liefert Energie für einen Tag. Das Exoskelett ist somit komplett selbsttragend. Es lässt sich individuell einstellen und ist für Personen bis 1,90 m und 100 kg Körpergewicht geeignet.

Zudem hat Rewalk ein natürliches Gangbild entwickelt und die Schrittgeschwindigkeit auf 2,6 km pro Stunde erhöht. Nutzer sind somit sicherer unter anderen Fußgängern unterwegs.

Für die Knie- und Hüftbewegungen nutzt Rewalk vier bürstenbehaftete DC-Motoren des Schweizer Antriebsspezialisten Maxon Motor. Die RE-40-Einheiten kommen jeweils in Kombination mit einem Planetengetriebe GP 42 C zum Einsatz, das mit Keramikkomponenten bestückt ist. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer der Antriebe merklich, was beim Einsatz im Modell 6.0 entscheidend ist.

Denn laut Rewalk-Produktmanager Andreas Reinauer sind die Exoskelette für fünf Jahre oder eine Million Schritte ausgelegt. Deshalb müssen die Motoren sehr zuverlässig, wartungsarm und kraftvoll bei geringer Größe sein. Mit Maxon Motor habe man den richtigen Partner gefunden; die Projekte werden professionell abgewickelt, Fristen, Spezifikationen und Kostenrahmen eingehalten.

Problem Kostenfinanzierung durch Krankenkassen

Exoskelette haben bereits ein beachtliches technisches Niveau erreicht. Doch die Entwicklung geht stetig weiter und wird laut Andreas Reinauer in ihrer Dynamik viele Leute überraschen. Die Systeme werden durch Hightech-Materialien und Synergien aus der Forschung sehr wahrscheinlich kleiner, leichter und intelligenter werden. Ein ebenso wichtiger Punkt ist die Finanzierung solcher Exoskelette durch Krankenkassen.

Zwar ist das in einzelnen Fällen bereits geschehen, aber noch nicht selbstverständlich. Deshalb kämpft Rewalk für mehr Akzeptanz – etwa mit der kürzlichen Teilnahme am Cybathlon-Wettkampf. Man wollte zeigen, dass ein geübter Rewalk-Anwender neben Alltagshindernissen auch einen schwierigeren Parcours bewältigen kann.

* Stefan Roschi ist Technik-Redakteur bei der maxon motor ag

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