Tragbare Roboter leiten neue Generation der Therapien bei Mobilitätsstörungen ein
Tragbare Roboter sind programmierbare Geräte, die man am Körper trägt, oder Exoskelette, die so konstruiert sind, dass sie mechanisch mit dem Nutzer interagieren können. Sie dienen dazu, die Motorik von Menschen mit schweren Bewegungs- oder Fortbewegungsproblemen zu unterstützen oder sogar zu ersetzen. Das Projekt BIOMOT, das im September 2016 abgeschlossen wurde, trug dazu bei, dieses aufstrebende Forschungsgebiet voranzubringen und zu zeigen, dass individualisierte Rechenmodelle des menschlichen Körpers erfolgreich eingesetzt werden können, um tragbare Exoskelette zu steuern. Im Projekt identifizierte man Möglichkeiten, um eine höhere Flexibilität und autonome Leistung zu erzielen und den Einsatz tragbarer Roboter als Mobilitäts- und Rehabilitationshilfe zu unterstützen. „Ein wachsende Zahl von Forschern auf dem Gebiet der Neurohabilitation interessiert sich für das Potenzial, das diese Roboter für die klinische Rehabilitation nach neurologischen Erkrankungen bieten können“, erläutert BIOMOT-Projektkoordinator Dr. Juan Moreno vom Obersten Rat für wissenschaftliche Forschung (CSIC). „Das Interesse ist so groß, weil diese Systeme so optimiert werden können, dass verschiedene therapeutische Interventionen an spezifischen Punkten des Erholungs- und Pflegeprozesses möglich sind.“ Eine Reihe von Faktoren haben jedoch bislang verhindert, dass tragbare Roboter eine breite Marktakzeptanz finden. Moreno und sein Team fanden heraus, dass tragbare Geräte sowohl kompakter und leichter als auch in der Lage sein müssten, die beabsichtigten Bewegungen des Trägers vorauszusehen und wahrzunehmen. Darüber hinaus müssten die Roboter vielseitiger und anpassungsfähiger werden, um Menschen in vielen verschiedenen Situationen helfen zu können: beispielsweise wenn man auf unebenen Untergrund geht oder sich einem Hindernis nähert. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, entwickelte man im Projekt Roboter, die sich in Echtzeit anpassen und flexibel reagieren können: Man verstärkte die Symbiose zwischen Roboter und Nutzer durch dynamische sensomotorische Interaktionen. Bei diesen Interaktionen verfolgte man eine hierarchische Vorgehensweise, damit das Projektteam verschiedene Schichten für unterschiedliche Zwecke verwenden konnte. Praktisch bedeutet das, dass ein Exoskelett für einen individuellen Nutzer personalisiert werden kann. „Dank dieses Rahmens kann sich das im Projekt BIOMOT entwickelte Exoskelett auf mechanische und bioelektrische Messungen verlassen und an wechselnde Nutzer- oder Aufgabenbedingungen anpassen“, meint Moreno. „Dadurch kann der Roboter besser eingreifen.“ Nach der theoretischen und praktischen Arbeit testete das Projektteam diese Exoskelettmodelle an Freiwilligen. Eine wesentliche technische Herausforderung bestand darin, eine widerstandsfähige und offene Architektur mit einem neuartigen tragbaren Robotersystem zu kombinieren, das Signale aus der menschlichen Aktivität ableiten kann. „Nichtsdestotrotz ist es uns gelungen, zum ersten Mal das Potenzial zu untersuchen, das automatisch gesteuerte Interaktionen zwischen Menschen und Robotern bieten, um so die Nutzerakzeptanz für eine motorische Aufgabe erhöhen zu können“, sagt Moreno. „Unsere Forschung mit gesunden Menschen zeigte derart positive und aussichtsreiche Ergebnisse, das wir es kaum erwarten können, unsere Gültigkeitsprüfung mit Patienten fortzusetzen, die Schlaganfälle oder Rückenmarksverletzungen erlitten haben.“ Tatsächlich ist Moreno zuversichtlich, dass der Erfolg des Projekts neue mögliche Forschungswege eröffnen wird. Die Ergebnisse werden zum Beispiel Wissenschaftlern dabei helfen, Rechenmodelle für Rehabilitationstherapien zu entwickeln und die menschliche Bewegung genauer zu verstehen. „Im Projekt haben wir zudem neue Techniken definiert, mit denen die Leistung von tragbaren Exoskeletten bewertet und verglichen werden kann“, sagt Moreno. „Das Konsortium hat weitere Innovationsprojekte geplant, um diese Forschung weiter zu verfolgen und die Entwicklungen auf dem Gebiet der menschlichen Bewegungserfassung, der Mensch-Maschine-Interaktionen und der adaptiven Steuerung nutzbar zu machen.“ Weitere Informationen: Projektwebsite
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