Vor nicht allzu langer Zeit konnten Kinder mit einer seltenen neurologischen Erkrankung dank eines neuen Roboter-Exoskeletts zum ersten Mal laufen. Diese Geräte - im Wesentlichen Roboteranzüge, die den Gliedern des Benutzers künstliche Bewegung verleihen - werden immer häufiger eingesetzt, um Menschen zu helfen, die ihre Beine nicht zum Gehen verwenden können. Während moderne Exoskelette meist ungeschickte, schwere Geräte sind, könnten neue Technologien sie viel einfacher zu bedienen und natürlicher machen. Sie haben wahrscheinlich schon erraten, wohin das führt: Kunstleder.
Exoskelette sind seit den 1960er Jahren in der Entwicklung. Das erste Exoskelett bestand aus sperrigen Beinen und Krallenhandschuhen, die nur vage einem Iron Man-Anzug ähnelten. Er musste die Kraft der Hydraulik nutzen, um Industriearbeitern zu helfen, Hunderte Kilogramm Gewicht zu heben. Dieses Projekt war erfolglos und funktionierte nicht, aber die folgenden Optionen wurden immer besser. Heutzutage können Menschen endlich Exoskelette verwenden, um ihre eigenen Fähigkeiten teilweise zu verbessern, das Gehen mit ihrer Hilfe neu zu lernen oder sogar mit Computern über Berührungen oder "taktiles" Feedback zu interagieren.
Typischerweise bestehen diese Geräte aus einer Kette von Gliedern und Kraftgelenken, die zusammen mit den eigenen Knochen und Gelenken einer Person arbeiten. Künstliche Gliedmaßen sind sicher an den Gliedmaßen einer Person befestigt und setzen ihre Bewegungen fort. Das Exoskelett kann von einem Computer gesteuert werden - beispielsweise wenn eine Physiotherapie durchgeführt wird - oder indem die elektrische Aktivität in den Muskeln des Benutzers überwacht und die von ihm erzeugte Kraft unterstützt wird.
Schwer und schmerzhaft
Trotz eines halben Jahrhunderts Forschung sind Exoskelette immer noch nicht weit verbreitet. Dies liegt hauptsächlich daran, dass das Tragen über lange Zeiträume unangenehm war, da sich die Körper der Menschen von den Kostümen unterscheiden, die als ein Prokrustes-Bett hergestellt werden. Einige Exoskelette passen besser zum menschlichen Körper, aber wenn sich die Robotergelenke und die realen Gelenke des Benutzers nicht synchron drehen, kann dies zu Beschwerden oder Schmerzen führen. All dies wird durch die Steifheit jedes Teils des Anzugs noch verstärkt.
Ein weiteres Problem, insbesondere bei Exoskeletten des Oberkörpers, ist ihr Gewicht, da sie aus strapazierfähigen Materialien bestehen, die schwere Gewichte halten und den Körper stützen können. Moderne Anzüge kommen auch mit Temperaturänderungen oder Regen nicht sehr gut zurecht, was ihre Verwendung in der realen Welt schwierig macht. Und die Leute können sich immer noch nicht an ihr Aussehen gewöhnen.
Um Exoskelette praktischer und ansprechender zu gestalten, brauchen wir Innovationen: Wir müssen sie eher zu einer "zweiten Haut" als zu einem riesigen Roboteranzug machen. Normalerweise verwenden Exoskelette schwere Elektromotoren, aber leichte Aktuatoren können auch als pneumatische Muskeln verwendet werden. Sie können ähnliche Anstrengungen wie Elektromotoren unternehmen, nur wiegen sie ein Vielfaches weniger. Diese Muskeln bestehen aus einer Gummiblase, die von einem gewebten Ärmel umgeben ist. Unter Druck nehmen sie im Durchmesser zu und ziehen sich in der Länge zusammen, wodurch die Verbindung gedrückt wird. Und obwohl sie aus leichten Materialien bestehen, können sie Kraft aufbringen, die ausreicht, um viele hundert Kilogramm zu heben.
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Weiche Robotik
Doch auch diese leichten Aktuatoren müssen an einer starren mechanischen Struktur am Körper des Benutzers befestigt sein. Wissenschaftler am Zentrum für autonome Systeme und Robotik der Universität von Salford entwickeln eine weitere Alternative: die weiche Robotik. Diese Technologie verwendet physikalisch weiche, fortschrittliche Materialien, um dieselben Aufgaben wie herkömmliche starre Robotergeräte auszuführen. Sie eignen sich besonders gut für die Interaktion mit Menschen, da weich oft Licht bedeutet und die Wahrscheinlichkeit von Verletzungen beim Schlagen einer Person geringer ist.
Sie haben kürzlich einen neuen "Soft Continuum Drive" entwickelt, der sich wie ein Elefantenrüssel biegt. Im Gegensatz zu einem herkömmlichen starren Robotergelenk, das auf Widerstand in einem Körperteil stößt, wird es sich über seine gesamte Länge in alle Richtungen biegen. Durch das Tragen eines eng anliegenden Anzugs mit solchen Antrieben könnten wir ein weiches Exoskelett haben, das sich genau dort biegt, wo sich die Gelenke des Trägers befinden. Folglich ist der Anzug perfekt für verschiedene Benutzer geeignet, ohne dass er mechanisch angepasst oder kalibriert werden muss. Außerdem ist das System leicht und kann anstelle eines sperrigen mechanischen Rahmens als Kleidung getragen werden.
Exoskelette werden zunehmend kommerziell vermarktet und wir werden in den kommenden Jahren wahrscheinlich viele neue Dinge sehen. 2012 absolvierte die gelähmte Frau Claire Lomas sogar den London Marathon mit einem Exoskelett. Es gibt jedoch noch viele technische Probleme, die gelöst werden müssen, bevor solche Systeme in großem Umfang eingesetzt werden können. Zumindest brauchen wir eine Möglichkeit, diese Anzüge mit Strom zu versorgen, ohne sie jede halbe Stunde anschließen zu müssen.
ILYA KHEL
