Exoskelett (Maschine)

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Ein Exoskelett (Außenskelett, altgriechisch exo ‚außen‘ und skeletós ‚ausgetrockneter Körper‘, ‚Mumie‘) ist eine äußere Stützstruktur für einen Organismus. Während bei manchen Tierarten ein natürliches Exoskelett als Teil des Körpers anzutreffen ist, kommen künstliche Exoskelette als Orthesen seit langem in der Medizin zum Einsatz. Seit einiger Zeit wird auch an Exoskeletten gearbeitet, bei denen es sich um am Körper tragbare Roboter oder Maschinen handelt, die die Bewegungen des Trägers unterstützen beziehungsweise verstärken, indem zum Beispiel Gelenke des Exoskeletts durch Servomotoren angetrieben werden.

Exoskelette mit Antrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Hardiman mit Bediener (Skizze)

Exoskelette mit Antrieb werden momentan in den USA und Japan entwickelt.[1][2] Nutzbare militärische Modelle sind seit Anfang des Jahrtausends in der Entwicklung[3], über Einsätze liegen jedoch noch keine Berichte vor. Bei zivilen Modellen wird zwar kein flächendeckender Einsatz berichtet, es gibt aber Tests und Erprobungen einer Vielzahl von Modellen.[4]

Der wahrscheinlich erste Versuch, ein modernes Exoskelett zu bauen, war der Hardiman, ein erfolgloser experimenteller Prototyp von General Electric aus dem Jahr 1965.

Medizinische Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Modernes ziviles Exoskelett Hybrid Assistive Limb (HAL) (Prototyp)

Im Bereich der Rehabilitationsrobotik werden klinische Studien zur Rehabilitation mithilfe von Exoskeletten bei Lähmungen durchgeführt, etwa mit dem Ekso GT von Ekso Bionics[5](einer Weiterentwicklung von Berkeley Robotics eLEGS[6]), mit Argos ReWalk[7] und mit Cyberdynes HAL.[8][9] Dabei wurden nach einer Therapie mit HAL Verbesserungen in der Kontrolle über teilgelähmte Beine festgestellt.[10] Die US-amerikanische Firma They shall walk des Gründers Monty K. Reed in Seattle entwickelte den Lifesuit für in der Bewegung gelähmte Menschen. Mit Sensoren zum Erlernen der Bewegungen des Trägers zwecks Unterstützung der Bewegungen nur dann wenn nötig ist SRI Internationals Superflex ausgestattet. Der Superflex Anzug soll älteren Menschen Bewegungsfreiheit zurückgeben, aber auch die Effektivität und Sicherheit von Arbeitern und Soldaten steigern können.[11] 2015 stellte Hyundai mit dem Hyundai LifecaringExo Skeleton (H-LEX) einen Forschungsprotoypen in Form eines Geh-Assistenz-Exoskeletts vor, das beim Gehen helfen, die Beinkraft verstärken oder auch vor Stürzen schützen können soll.[12] Auf der CES 2017 stellte Hyundai drei Exoskelette vor: das Hyundai Universal Medical Assist (HUMA) für Personen mit Muskelschwäche, das Hyundai Medical Exoskeleton (H-MEX) für Querschnittgelähmte, und das Hyundai Waist Exoskeleton (H-WEX) für Arbeiter.[13]

Industrielle Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auch für Anwendungen in der Industrie, etwa zum Heben schwerer Lasten, werden Exoskelette wie Panasonics Powerloader oder Percros Body Extender entwickelt, auch Cyberdyne bietet dafür Varianten von HAL an.[14][4] Hyundai präsentierte 2016 seine Arbeit an einem schweren Exoskelett für die Industrie,[15] und Hyundais 2017 vorgestellter H-WEX soll zur Unterstützung beim Heben schwerer Lasten eingesetzt werden können.[13] Unterstützung zur Vermeidung von Belastungsverletzungen bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfähigkeit ist das Verkaufsargument im Bereich der leichten industriellen Exoskelette: Beim Heben und beim Handhaben von Werkzeugen soll etwa Bionic Systems Cray den Kompressionsdruck im unteren Rückenbereich verringern.[16]

Militärische Anwendungen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Exoskelett der DARPA (Prototyp)

Das Heben schwerer Lasten per Exoskelett ist neben der Anwendungen in der Industrie auch für das Militär interessant, so präsentierte etwa Hyundai 2016 ein Exoskelett zum Heben schwerer Lasten unter Verweis auf mögliche sowohl industrielle als auch militärische Nutzung.[15] Im rein militärischen Bereich konzentriert sich die Entwicklung bisher schwerpunktmäßig auf das Heben und den Transport schwerer Lasten.

HULC[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im Rahmen des Future Soldier Programms finanzierte die DARPA Berkeley Robotics Entwicklung des Berkeley Lower Extremity Exoskeleton (BLEEX)[17], aus dem über die Zwischenschritte ExoHiker[18] und ExoClimber[19] der Human Universal Load Carrier (HULC)[20] hervorging, der 2009 von Lockheed Martin lizenziert wurde. HULC leitet das Gewicht eines schweren Rucksacks über ein Exo-Beinskelett in den Boden ab, so dass der Träger auch in schwierigem Gelände Lasten bis zu 90 kg verletzungsfrei transportieren können soll, was Soldaten mit HULC ermöglichen soll, auch mit viel Ausrüstung ohne große Ermüdung durch den Anmarsch in den Einsatz zu gehen.[21]

XOS[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Raytheon entwickelt XOS, basierend auf dem Wearable Energetically Autonomous Robot (WEAR) der Firma Sarcos Research, die Raytheon 2007 aufkaufte. XOS 2 soll es dem Träger ermöglichen, 90 kg ohne Anstrengung und Verletzungsgefahr zu heben, und soll so einem Soldaten mit XOS 2 ermöglichen logistische Arbeiten allein zu verrichten, für die sonst bis zu 3 Soldaten benötigt würden.[22]

Exoskelette ohne Antrieb[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Auch an Exoskeletten ohne Antrieb wird geforscht, so soll etwa Lockheed Martins FORTIS Belastungsverletzungen beim Arbeiten mit schweren Werkzeugen vorbeugen, indem es deren Gewicht über ein Exoskelett in den Boden ableitet wenn der Träger steht oder kniet; das Werkzeug selbst wird durch einen ZeroG4 Arm der Firma Equipois, mit dem FORTIS ausgestattet ist, gehalten – nach ähnlichen Prinzipien wie die Steadicam des gleichen Erfinders.[23] Equipois hat mit dem x-AR auch ein nicht angetriebenes Exoskelett zur Unterstützung eines Arms entwickelt.[23] Der eigentlich hydraulisch angetriebene HULC, aus dem FORTIS hervorging,[23] soll bei niedrigem Batteriestand nach ähnlichen Prinzipien wie FORTIS Gewicht ableiten.[21]

Fiktive Exoskelette[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Fiktive Exoskelette finden sich mehrfach in Unterhaltungsmedien wie beispielsweise Comics, Manga/Anime, Science-Fiction-Filmen und Videospielen wie zum Beispiel Call of Duty: Advanced Warfare. Sie unterstützen die Protagonisten hierbei sowohl bei gewöhnlichen Arbeitsaufgaben wie als futuristischer Gabelstapler in Aliens – Die Rückkehr als auch in bewaffnender Form während des Kampfes wie z. B. in den Filmumsetzungen zu Elysium, Iron Man (Powered Exoskeleton), Matrix (Armored Personnel Unit bzw. APU) oder Avatar – Aufbruch nach Pandora (Amplified Mobility Platform, bzw. AMP Suit). Zuvor fanden sie in der Romanserie Lensmen und mehrere Jahre später in dem Roman Starship Troopers Erwähnung.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Commons: Exoskelett (Maschine) – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wiktionary: Exoskelett – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Telepolis: USA forschen an Starship Troopers. 13. November 2001, abgerufen am 22. April 2011.
  2. golem.de: Exoskelett für Soldaten durch Iron Man & Co. 6. Mai 2008, abgerufen am 22. April 2011.
  3. UC Berkley News: UC Berkeley researchers developing robotic exoskeleton. 3. März 2004, abgerufen am 22. April 2011 (englisch).
  4. a b Will Knight: Iron-Man-Anzüge für Fabrikarbeiter. In: Technology Review. 22. Juli 2015; abgerufen am 22. Juli 2015.
  5. Gehroboter „Ekso GT“ – Hilfe für die Schlaganfallrehabilitation. Abgerufen am 11. November 2014.
  6. eLEGS™. Berkeley Robotics & Human Engineering Laboratory; abgerufen am 9. September 2015 (englisch).
  7. The ReWalk Exoskeletal Walking System for Persons With Paraplegia (VA_ReWalk). Abgerufen am 2. April 2013 (englisch).
  8. Kwon Kyong-Suk: Hospitals to test robot suit to help patients walk. In: The Asahi Shimbun AJW. 9. Februar 2013, archiviert vom Original am 13. Februar 2013; abgerufen am 2. April 2013 (englisch).
  9. WALK AGAIN Center: Liste der aktuellen Studien zu medizinischen Anwendungen von Hybrid Assistive Limb. Abgerufen am 1. Februar 2016 (englisch).
  10. Ben Schwan: Exoskelett: Wieder gehen lernen. In: Heise Online. 25. August 2017; abgerufen am 25. August 2017.
  11. Signe Brewster: Kraftanzug statt Gehstock. In: Technology Review. 9. Juni 2016; abgerufen am 9. Juni 2016.
  12. Jungeun Park: Hyundai Introduces Wearable Robot H-LEX For Senior Citizens For The First Time. In: etnews. 7. August 2015; abgerufen am 5. Januar 2017 (englisch).
  13. a b C.C. Weiss: Hyundai expands its mobility presence with wearable robots and electric scooter. In: New Atlas. 5. Januar 2017; abgerufen am 5. Januar 2017 (englisch).
  14. Neil Bowdler: Rise of the human exoskeletons. In: BBC News. 4. März 2014; abgerufen am 4. März 2014 (englisch).
  15. a b Loz Blain: Hyundai beefs up robotic exoskeleton. In: New Atlas. 16. Mai 2016; abgerufen am 5. Januar 2017 (englisch).
  16. Hans-Arthur Marsiske: Exoskelett für industrielle Anwendungen vorgestellt. In: Heise Online. 6. April 2017; abgerufen am 9. April 2017.
  17. BLEEX. Berkeley Robotics & Human Engineering Laboratory; abgerufen am 9. September 2015 (englisch).
  18. ExoHiker™. Berkeley Robotics & Human Engineering Laboratory; abgerufen am 9. September 2015 (englisch).
  19. ExoClimber™. Berkeley Robotics & Human Engineering Laboratory; abgerufen am 9. September 2015 (englisch).
  20. HULC™. Berkeley Robotics & Human Engineering Laboratory; abgerufen am 9. September 2015 (englisch).
  21. a b HULC. Lockheed Martin, archiviert vom Original am 5. September 2015; abgerufen am 9. September 2015 (englisch).
  22. Raytheon XOS 2 Exoskeleton, Second-Generation Robotics Suit, United States of America. Army Technology; abgerufen am 9. September 2015 (englisch).
  23. a b c Jason Mick: From HULC to FORTIS: the Evolution of Lockheed Martin's Incredible Exosuit. Daily Tech, 22. August 2014; abgerufen am 5. Januar 2017 (englisch).