Hightech-Strategie

Kraftverstärkung zum Anziehen

In der Industrie nehmen Roboter dem Menschen viele belastende Arbeiten ab, aber nicht alle. Auch in Handwerk und Pflege wird der Körper durch Schwerstarbeit stark belastet. Im Projekt "PowerGrasp" sorgt eine spezielle "Kleidung" für zusätzliche Kraft.

Entwicklungsarbeiten im Projekt PowerGrasp

Noch wird mit Modellen der späteren Kraftverstärkung experimentiert

Foto: UdK

Die Arbeit im Straßenbau, in der Altenpflege oder Logistik kann die Technik dem Menschen nur schwer abnehmen. Dazu sind die einzelnen Arbeitsschritte zu individuell. Auch ist der Widerstand beispielsweise gegen in Japan bereits verbreitete Pflegeroboter bei uns noch hoch. Könnte aber die Pflegekraft, der Handwerker oder Transportarbeiter ein Außenskelett tragen, das seine Kraft verstärkt, so würde die Arbeit leichter und weniger gesundheitsgefährdend.

Bewegungsabläufe unterstützen

Derartige Hilfsmittel gibt es bereits. Größere mechanische Vorrichtungen werden an Hand, Arm oder Körper angelegt und können dann bestimmte Bewegungsabläufe unterstützen. Dabei sind die bisherigen Systeme noch sehr unflexibel und sehr unbequem zu tragen. Das Anlegen des Hilfsmittels ist aufwändig und kostet viel Zeit. Gleichzeitig ist der Energiebedarf hoch, sodass schwere Batterien eingebaut werden, die schon nach kurzer Zeit ausgetauscht oder neu geladen werden müssen. Die Technik ist daher bislang wenig verbreitet und wenig akzeptiert.

Im überwiegend vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt "PowerGrasp" arbeiten nun verschiedene Wirtschaftsunternehmen unter Federführung der Würth Elektronik GmbH mit universitären und außeruniversitären Forschungseinrichtungen zusammen. Sie wollen eine intelligente Orthese für Arm und Hand entwickeln. Orthesen sind eigentlich medizinische Hilfsmittel, die etwa eingesetzt werden, um geschädigte Gliedmaßen zu entlasten, zu unterstützen oder zu korrigieren.

Schwerstarbeiter entlasten

Zunächst geht es im Projekt um die Entlastung von Arbeitskräften, die ganztägig den Hand-, Arm- und Schulterbereich durch Montage oder Bauarbeiten belasten. Solche Arbeiten fordern starke Greif- und Haltekräfte. Gleichzeitig ist oftmals Präzision bei der Positionierung auch schwerer Bauteile gefordert. Die Forscher arbeiten daher von Anfang an mit den späteren Nutzern zusammen.

PowerGrasp Technologiekonzept

So wird die Orthese einmal aussehen

Foto: Fraunhofer Gesellschaft (IPK + IZM)

Bei "PowerGrasp" soll die Orthese wahrnehmen, welche Bewegung Arm oder Finger gerade vorhaben und dann diese Bewegung durch zusätzliche Kraft unterstützen. Zusätzlich kann die Müdigkeit etwa am Ende des Arbeitstages erkannt und die Kraftunterstützung nach Bedarf reguliert werden. Das Besondere an dem Projekt ist, dass sich die Forscher modernster Textilien bedienen, in die gleichermaßen elektronische Bauteile eingebaut sind wie kraftverstärkende pneumatische, also luftgesteuerte, Antriebselemente.

Feinste Sensoren erfassen die Muskelaktivität, indem sie Druck und Biegung registrieren. Es könnte noch einen Schritt weiter gehen, indem Elektroden die geplante Bewegung durch Messung der Muskelaktivität vorhersagen. Gleichzeitig erkennen sie die Muskelermüdung.

Praxistest entscheidend

Wenn die Technik dann entwickelt ist, wird sie in der Praxis erprobt. Dann wird sich zeigen, ob die Orthese so gestaltet werden konnte, dass sie Arbeitsabläufe nicht behindert, angenehm zu tragen ist und auf unterschiedliche Nutzer schnell eingestellt werden kann. Dabei wird es dann auch darum gehen, ob solche Systeme sozial und gesellschaftlich akzeptiert werden und juristische Aspekte der Verwendung zu berücksichtigen sind.

Grundsätzlich wird die Technik auch älteren und Menschen mit Behinderungen im Alltag helfen können. Langfristig erhoffen die Projektpartner die Entwicklung eines vollständigen Exoskeletts, also eines kompletten Anzugs, der alle Bewegungen kräftemäßig unterstützt. Viele der im Projekt entwickelten Einzelkomponenten werden zu Innovationen bei Robotik, Sensorik, Spezialtextilen und weiteren Gebieten führen. Noch steht das Projekt jedoch ganz am Anfang.

Projektpartner sind die Würth Elektronik GmbH & Co. KG, das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, das Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM, die Evangelische Hochschule Nürnberg, die Schunk GmbH & Co. KG, das Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V., die Universität der Künste Berlin, die warmX GmbH, das Reha-Zentrum Lübben und die Volkswagen AG.

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