Intelligentes Hilfssystem greift ein, wenn Senioren ins Straucheln geraten Exoskelett bewahrt vor Stürzen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Intelligentes Hilfssystem greift ein, wenn Senioren ins Straucheln geraten

Exoskelett bewahrt vor Stürzen

Der Prototyp des Exoskeletts besteht aus Carbonfaser-Teilen und Motoren. Ein ausgeklügeltes Sensorsystem analysiert die Gangart des Trägers. © Hillary Sanctuary / EPFL

Nicht so cool wie Iron Man, aber dafür echt: Ein neu entwickeltes Exoskelett unterstützt die natürlichen Reflexe beim Abfangen von Stürzen. Davon können zum Beispiel Senioren profitieren. Deren Reaktion ist oft zu langsam, um sich bei Verlust des Gleichgewichtes auf den Beinen zu halten. Das Exoskelett erkennt die drohende Gefahr und wehrt den Sturz durch Unterstützung der Beinreaktion ab, wie die Forscher im Fachmagazin „Scientific Reports“ berichten.

Die Verbindung von Mensch und Maschine schreitet immer weiter voran. Längst sind Herzschrittmacher nicht die einzige technische Erweiterung unseres Körpers. Auch Exoskelette werden seit Jahren immer weiter verbessert. Der besondere Clou: Die Maschinen lassen sich wie ein Roboteranzug anlegen und sind so leicht an den jeweiligen Nutzer anzupassen.

Dank Exoskeletten können zum Beispiel Schlaganfall-Patienten wieder richtig zugreifen und Querschnittsgelähmte laufen mit Hilfe der technischen Unterstützung wieder eigene Schritte. Eine weitere Neuentwicklung präsentieren nun Forscher um Vito Monaco vom BioRobotics Institute in Pisa: ein Exoskelett, das Stürze verhindern soll.

Intelligente Reaktion

„Unser intelligentes Exoskelett ist leicht und extrem einfach zu personalisieren“, sagt Monacos Kollege Silvestro Micera. Der Prototyp der Wissenschaftler besteht lediglich aus einem tragbaren Hüftgurt mit Motoren und zwei daran angeschlossenen Klammern aus Kohlefaser, die um die Oberschenkel gelegt werden. In nur wenigen Minuten lässt sich das System individuell an Körpergröße und Eigenarten des Ganges des Trägers anpassen, betont das Team.

Das Besondere der Entwicklung ist aber der ausgeklügelte Computeralgorithmus, der die Motoren steuert. Denn anders als herkömmliche Exoskelette ist Monacos Version nicht darauf ausgelegt, standardisierte Bewegung auszuführen oder zu verbessern. Stattdessen haben die Forscher ihrem Roboteranzug beigebracht, auf unerwartete Gleichgewichtsverluste des Trägers zu reagieren und die natürliche Auffangbewegung der Beine zu unterstützen – eine technische Premiere.

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Lernfähige Software

Um einen Sturz abzufangen, lernt das Exoskelett zunächst den normalen Lauf des Trägers kennen. Schon nach wenigen Schritten ist es mit den Bewegungsabläufen vertraut, um fortan Abweichungen im Bewegungsmuster zu erkennen – zum Beispiel bei einem sich anbahnenden Sturz. Blitzschnell greift dann der Motor des Exoskeletts ein und drückt die Oberschenkel für einen stabilen Stand nach unten, wie die Forscher erklären.

Das Exoskelett von Monaco könnte somit eine große Hilfe für Senioren sein, die altersbedingt oft nicht schnell genug reagieren, um einen drohenden Sturz selbstständig abzufangen. Aber auch als Hilfe für körperbehinderte, amputierte oder an neurologischen Störungen leidende Personen eignet sich das Exoskelett nach Angaben der Entwickler.

Das Exoskelett hilft dabei, Stürze abzufangen. Ein Algorithmus wertet dazu den „normalen“ Gang des Trägers auf und erkennt Abweichungen, die bei einem sich anbahnenden Sturz auftreten. In so einem Fall reagieren die Motoren des Exoskeletts und sichern den stabilen Stand des Trägers.© École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL)

Kein Umfallen trotz „Stolperstein“

In Labortests hat der motorisierte Hüftgurt bereits seine Funktionalität demonstriert. Der 69 Jahre alte Fulvio Bertelli, der die tragbare Maschine in einem Florenzer Krankenhaus ausprobieren durfte, ist von dessen Nutzen schon überzeugt: „Ich fühle mich sicherer, wenn ich das Exoskelett trage“, erzählt er nach einem Versuch auf dem Laufband.

Dieses hatten die Wissenschaftler so umfunktioniert, dass es Bertelli künstlich dazu bringen kann, sein Gleichgewicht zu verlieren und auszurutschen. Doch dank des Exoskeletts blieb der Senior trotz dieser eingebauten „Stolpersteine“ auf den Beinen.

Noch nicht für den Außeneinsatz

Bisher kann das Exoskelett noch nicht außerhalb des Labors getragen werden. Aber Monaco und sein Team arbeiten daran, ihre Entwicklung weiter zu verbessern. Besonders wichtig ist ihnen, dass das Exoskelett den Benutzer nicht unnötig beeinträchtigt, vor allem dann nicht, wenn er nicht hinfällt. In den nächsten Entwicklungsschritten soll das Gerät für Außenstehende zudem „unsichtbarer“ und seine Verwendung unter realen Bedingungen getestet werden. (Nature Scientific Reports, 2017; doi: 10.1038/srep46721)

(Scuola Sant’Anna,, 12.05.2017 – CLU)

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