Kraft durch Technik

von Hans-Arthur Marsiske

Da jauchzt der Postbote: Der Empfänger des 20-Kilo-Weihnachtspakets wohnt im ausgebauten Dachgeschoss eines Altbaus, fünf Stockwerke, kein Fahrstuhl. Endlich kann der Zusteller zeigen, was sein Exoskelett wirklich kann.

 Ein Exoskelett für die unteren Extremitäten

Mit jedem Schritt vier Stufen auf einmal, der verdutzte Empfänger erhält die Sendung wenige Sekunden, nachdem der auf den Summer an der Haustür gedrückt hat. Bis flinke Hochtechnologie-Zusteller die Treppenhäuser hochhasten, wird es noch einige Jahre dauern. Andere Berufsgruppen könnten schon früher in den Genuss von Exoskeletten kommen. Diese ganz besondere Roboterkategorie war lange Zeit nicht mehr als eine unrealisierbare Vision. Mittlerweile gibt es erste Prototypen dieser Maschinen, die wie Kleidung am Körper getragen werden und mit mechanischen Muskeln Menschen beim Laufen, Heben oder Greifen unterstützen.

Das Pentagon ist an solchen Maschinen interessiert und fördert die Entwicklung mit 50 Mio. $ über fünf Jahre. Geldempfänger ist unter anderem die Universität im kalifornischen Berkeley, dort soll noch im Dezember ein Prototyp fertig werden, mit dem man 40 Kilogramm Last in sechs Stunden 42 Kilometer weit transportieren kann.

Knifflige Steuerung

Zivile Forscher konzentrieren sich auf medizinische Anwendungen. Schlaganfallpatienten etwa könnte ein Exoskelett helfen, sich wieder zu bewegen. "Das hat den Vorteil, dass die Systeme sich zunächst auf eine genau definierte Umgebung stützen können", sagt Christian Fleischer, der an der Technischen Universität Berlin Exoskelette entwickelt. Von der Rehaklinik aus sollen die Geräte Schritt für Schritt in den Alltag vordringen: Eine Gehhilfe für Gebrechliche ist denkbar, Krankenschwestern könnte ein Exoskelett für Arme und Beine beim Umbetten von Patienten helfen.

Die Technologie war lange Zeit nur Science Fiction. In "Aliens", einem Film von 1986, steigt Sigourney Weaver für den Kampf in einen humanoiden Gabelstapler. In der Realität scheiterten alle Entwicklungsprojekte bis in die 90er Jahre hinein. "Bei Exoskeletten hieß es immer: Es geht einfach nicht", sagt John A. Main, der das Exoskelett-Programm des Pentagons leitet.

Mittlerweile sind Computer schneller, Energiequellen kompakter, und die künstlichen Muskeln - Aktuatoren genannt - kleiner und geschmeidiger. Die verbleibenden Probleme sind dennoch enorm. Besonders knifflig ist die Steuerung, denn der Roboter muss beabsichtigte Bewegungen erkennen und ohne Verzögerung in Befehle an die Aktuatoren umsetzen.

Rechenformel noch nicht ausgefeilt

Das Berliner Projekt nutzt dafür Sensoren auf der Haut. Sie registrieren die schwachen elektrischen Ströme, die bei der Aktivierung der Muskeln durch das Gehirn entstehen. "Wann genau diese Impulse auftreten, ist noch nicht eindeutig geklärt", sagt Fleischer. Vermutlich gibt das Hirn bereits Signal, bevor der Muskel selbst aktiv wird - so ließe sich tatsächlich eine beabsichtigte Bewegung erfassen. Das Pentagonmodell verwendet Kraftsensoren in der Skelettkonstruktion, die wie eine Servolenkung im Auto erst auf die tatsächliche Bewegung reagieren.

Fleischer hält die Hautsensoren für überlegen, muss allerdings noch weiter an der Rechenformel feilen, die Nervenimpulse zuverlässig in Maschinenbefehle umsetzt. Die Signale sind je nach Mensch und momentaner Verfassung verschieden. Für den klinischen Einsatz muss das System auch erwünschte von unerwünschten Bewegungen unterscheiden können. Denn wenn das Exoskelett etwa spastische Zuckungen verstärkt, wäre das nicht gut für den Nutzer.

Angesichts solcher Schwierigkeiten ist Fleischer skeptisch gegenüber Ankündigungen marktreifer Exoskelette aus Japan. Der "Robot Suit" HAL-5 von Cyberdyne, im Juni erstmals öffentlich präsentiert, soll seit November für 1,5 Mio. Yen (10.500 Euro) zu kaufen sein. Entsprechende Anfragen der FTD werden jedoch nicht beantwortet.

Fleischer zweifelt auch, ob die von Cyberdyne angepeilte Zielgruppe der Alten und Behinderten für eine rasche Kommerzialisierung geeignet ist. Industrielle Anwendungen sind leichter zu vermarkten: Briefträger oder Fabrikarbeiter sind im Unterschied zu pflegebedürftigen Personen geistig voll da. Auch die standardisierten Bewegungsabläufe dürften den Einsatz bei der Arbeit erleichtern. Über die Wirkung von Exoskeletten auf die Arbeiter ist natürlich noch nichts bekannt - die Geräte müssen auf jeden Fall so eingestellt werden, dass sich die natürlichen Muskeln ihrer Nutzer nicht wegen zu geringer Beanspruchung zurückbilden.

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Antrieb Dieser 45 Kilogramm schwere Prototyp funktioniert mit Benzin. Ein kleiner Motor mit Generator macht daraus Strom für den Computer und erzeugt Druck für die Bewegung der künstlichen Muskeln.

Nutzlast Die Last des Rucksacks - hier ausgelegt für 30 Kilogramm Zuladung - ruht auf der Roboterapparatur für die Beine.

Steuerung Kraftsensoren im Exoskelett messen jede Bewegung, ein Computer errechnet aus den Messergebnissen Steuersignale für die künstlichen Muskeln.

Notfall Soldaten oder Katastrophenhelfer sollen so Lasten schnell transportieren können. Wenn der Tank leer ist, kann man den Rucksack vom Beinapparat trennen und zu Fuß weiterschleppen.