Exoskelette reparieren

[summary]Exoskelette sind Wearables, die die Bewegung, Körperhaltung oder körperliche Aktivität des Trägers durch mechanische Interaktion mit dem Körper mittels angewandter Kraft verbessern, unterstützen oder ergänzen. Andere gängige Bezeichnungen für diese Geräte sind Exo, Exo-Technologie, unterstützendes Exoskelett und menschliche Augmentations-Exoskelette.[\/summary]

Exoskelette sind Wearables, die menschliche Bewegungen durch mechanische Interaktion verbessern oder unterstützen. Sie dienen verschiedenen Zwecken, darunter medizinischen (Rehabilitation und Unterstützung), beruflichen (Verletzungsprävention und Leistungssteigerung) und freizeitbezogenen (Aktivitätsunterstützung). Exoskelette können auch nach Körperteil oder Aufgabe, Struktur (starr oder weich) und anderen Merkmalen kategorisiert werden.

Die frühesten Exoskelette, erfunden von Nicholas Yagin.

Frühe tragbare Geräte, die nach modernen Maßstäben als Exoskelette gelten könnten, wurden Mitte bis Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt, lange bevor sich der Begriff „Exoskelett“ durchsetzte. Viele dieser frühen Exoskelett-Geräte wurden als Stützen, Haltevorrichtungen, Schrittzähler oder Apparate bezeichnet. Sie wurden entwickelt, um die Körperhaltung, Mobilität und andere körperliche Aufgaben zu verbessern. Die meisten dieser Geräte existierten jedoch nur als Prototypen oder Konzepte und wurden weder kommerzialisiert noch in großem Umfang eingesetzt.

Eines der frühesten tragbaren Exoskelette war ein passiver, starrer Apparat, der im Juli 1889 vom russischen Ingenieur Nicholas Yagin entworfen wurde. Sein Zweck war es, das Laufen, Gehen und Springen zu verbessern. Ein weiteres Exoskelett, das Anfang des 20. Jahrhunderts entwickelt wurde, war ein dampfbetriebener, weicher Exosuit des US-Erfinders Leslie Kelly. Dieses Exoskelett sollte die Laufleistung des Trägers verbessern, indem es mechanische Energie auf künstlich geschaffene Bänder übertrug, die parallel zu den Muskeln des Trägers verliefen.

Die Entwicklung der Exoskelett-Technologie setzte sich Mitte des 20. Jahrhunderts fort und eröffnete neue Möglichkeiten und Herausforderungen bei der Entwicklung tragbarer unterstützender Technologien sowohl zur Augmentation als auch zur Rehabilitation. Einer der bekannteren Erfolge in der Exoskelett-Technologie in dieser Zeit war das Aufkommen tragbarer Kamerastabilisatoren. Da es damals jedoch kaum oder gar kein Marketing für Exoskelette gab, entwickelte sich die Technologie weitgehend zu einer eigenen Kategorie, fand aber in den 1970er-Jahren weite Verbreitung.

Diagramm eines menschlichen Bedieners im Hardiman-I-Prototyp.

In dieser Zeit wurden auch militärische Anwendungen für die Exoskelett-Technologie in Betracht gezogen. 1951 begann das Ballistics Research Laboratory (BRL) der US-Armee mit der Forschung an einem kraftunterstützten Exoskelett für Soldaten. Bis 1963 hatte der BRL-Forscher S. Zaroodny einen Entwurf für einen Exoskelett-Prototyp erstellt. Es bleibt jedoch ungewiss, ob der Prototyp jemals tatsächlich gebaut wurde, da die damit verbundenen technischen Herausforderungen zu groß waren.

In den 1960er-Jahren entwickelten die US-Streitkräfte und General Electric gemeinsam ein weiteres Exoskelett-Projekt namens Hardiman I. Dieses Exoskelett wurde durch ein hydromechanisches bilaterales Servosystem angetrieben, das die Kraft des Trägers um den Faktor 25 verstärken sollte. Das bedeutete, dass sich das Heben eines 110-kg-Objekts eher wie 4,5 kg anfühlen würde, und es konnten Objekte bis zu 340 kg gehoben werden. Hardiman I verfügte zudem über eine Funktion namens Kraftrückkopplung, die es dem Benutzer ermöglichte, die Kraft und die manipulierten Objekte zu spüren. Hardiman I hatte jedoch verschiedene Design-Einschränkungen, die dazu führten, dass das Projekt insgesamt als Fehlschlag bezeichnet wurde. Jeder Versuch, das vollständige Exoskelett zu nutzen, führte zu heftigen und unkontrollierten Bewegungen, was die Forscher zögern ließ, die Maschine mit einem menschlichen Bediener im Inneren einzuschalten. Zusätzlich zu den Betriebskomplikationen wog Hardiman I 680 kg, und die Kraftrückkopplungsfunktion funktionierte nicht wie beabsichtigt, was zur Zerstörung der Objekte führte, mit denen es interagierte.

Diagramm der Designmerkmale des Pitman-Exoskeletts.

Die Exoskelett-Technologie entwickelte sich bis in die 1980er- und 1990er-Jahre weiter und diente als Testfeld und explorativer Prototyp. Ein bemerkenswertes Konzept-Exoskelett war das Pitman, das vom Los Alamos National Laboratory entwickelt wurde. Das Pitman war ein 227 kg schwerer, kraftunterstützter „Rüstungsanzug“, der primär für die militärische Infanterie für Konflikte mit geringer Intensität und Anti-Terror-Operationen vorgesehen war. Er verfügte über eine Rüstung aus Glasfaser-Polymer-Keramik-Verbundwerkstoff und Sensoren im Helm, die das Gehirn scannten, um den Anzug zu steuern. Das Pitman kam jedoch aufgrund seiner damaligen Komplexität und Unpraktikabilität nie über die anfängliche Konzeptphase hinaus.

Im Bereich der Rehabilitation wurden bedeutende Fortschritte in der Exoskelett-Technologie erzielt. Ein Beispiel dafür ist das Lifesuit-Exoskelett, ein robotergestütztes Rehabilitationsgerät, das gelähmte Personen dabei unterstützen sollte, Therapieübungen durchzuführen, um die Mobilität wiederzuerlangen und das Gehen zu lernen. Während frühe Lifesuits anfangs mit Kabeln verbunden waren, erlaubten spätere Designs eine größere Mobilität, was der Lifesuit-Erfinder Monty Reed nutzte, um bei öffentlichen Straßenläufen mitzulaufen.

Seit dem Jahr 2000 hat sich der Fokus im Bereich der Exoskelette verlagert und erweitert, teilweise aufgrund bedeutender Fortschritte in Design, Implementierung und Anwendung. Der Fokus auf robotergestützte Ganzkörper-Augmentations-Exoskelette, die die Leistung einer Person drastisch steigern, hat zugunsten kleinerer, einfacherer Designs für spezifische Einsatzzwecke abgenommen. Moderne Exoskelette fungieren als tragbare Werkzeuge und bieten Vorteile für begrenzte Aufgaben, wie etwa Unterstützung des Sprunggelenks für Schlaganfallpatienten oder Schulterunterstützung für Arbeiter an Montagebändern.

Das frühe 21. Jahrhundert sah auch das Aufkommen neuer Exoskelett-Kategorien für Freizeit, Forschung und Bildungszwecke. Dazu gehören Exoskelett-Produkte, die Benutzer beim Gehen, Laufen, Wandern und sogar Skifahren unterstützen.

• Wikipedia-Seite zu Exoskeletten