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Ein Exoskelett auch Aussenskelett von altgriechisch exo aussen und skeletos ausgetrockneter Korper Mumie ist eine aussere Stutzstruktur fur einen Organismus Bei vielen Tierarten ist ein naturliches Exoskelett als Teil des Korpers anzutreffen So bilden die Gliederfusser zu denen u a Insekten Spinnentiere Krebse und Hummer gehoren den grossten Stamm des Tierreichs Die hier behandelten kunstlichen maschinellen Exoskelette sind hingegen vom menschlichen Korper getragene mechanische Strukturen die relativ leicht entfernbar sind Sie werden deshalb auch als Roboteranzuge bezeichnet 1 In der Medizin sind Orthesen seit langem im Einsatz In diesem Bereich stellen Exoskelette eine zusatzliche Moglichkeit der Hilfsmittelversorgung dar Exoskelette nehmen die Form von am Korper tragbaren Robotern oder Maschinen an siehe Wearable Computing die die Bewegungen des Tragers unterstutzen beziehungsweise verstarken indem zum Beispiel Gelenke des Exoskeletts durch Servomotoren angetrieben werden Inhaltsverzeichnis 1 Exoskelette mit Antrieb 1 1 Medizinische Anwendungen 1 2 Industrielle Anwendungen 1 3 Anwendungen durch Sportler 1 4 Militarische Anwendungen 1 4 1 HULC 1 4 2 XOS 1 5 Multi Funktions Apparaturen 2 Exoskelette ohne Antrieb 3 Energetisch optimierte Exoskelette 4 Fiktive Exoskelette 5 Soziologische Perspektive 6 Chancen und Risiken 7 Literatur 8 Weblinks 9 EinzelnachweiseExoskelette mit Antrieb Bearbeiten nbsp Hardiman mit Bediener Skizze Exoskelette mit Antrieb werden momentan u a in den USA Sudkorea Japan und Deutschland entwickelt 2 3 4 Nutzbare Modelle sind seit Anfang des Jahrtausends zuerst von militarnahen Einrichtungen entwickelt worden 5 uber Einsatze liegen jedoch noch keine Berichte vor Der Einsatz von Exoskeletten ausserhalb des Militars befindet sich Ende der 2010er Jahre erst im Anfangsstadium es gibt aber Tests und Erprobungen einer Vielzahl von Modellen 6 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 In der medizinischen Anwendung z B nach einer Querschnittlahmung kann ein Exoskelett eine zusatzliche Moglichkeit zur Hilfsmittelversorgung sein wenn die strukturellen und funktionellen Eigenschaften des neuromuskularen und skelettalen Systems zu stark eingeschrankt sind um eine Mobilisierung durch eine Orthese erreichen zu konnen Bei Patienten mit kompletter Querschnittlahmung ASIA A werden Exoskelette unter diesem Kriterium fur Lasionshohen oberhalb des Brustwirbels T12 als Alternative fur eine Orthese interessant Bei Patienten mit inkompletter Querschnittlahmung ASIA B D sind Orthesen sogar fur Lasionshohen oberhalb T12 geeignet um die eigene Aktivitat des Patienten so weit zu fordern dass die Mobilisierungsmassnahmen erfolgreich sein konnen 7 8 9 10 Ein Exoskelett ubernimmt im Gegensatz zu einer Orthese grosse Teile der aktiven Muskelarbeit Mit der Entwicklung von Exoskeletten fur therapeutische Zwecke befassen sich vor allem Rehabilitationsrobotiker 11 Die Rehabilitationsrobotik ist ein interdisziplinares Forschungsgebiet das die Fachgebiete Elektrotechnik Maschinenbau Informatik Biomedizinische Technik Neurowissenschaften und Rehabilitationswissenschaften vereint Forschungsthemen sind u a Kinematikentwicklung Robotersteuerung amp regelung Haptische Systeme Mehrkorperdynamik Biomechanik User Interface Gestaltung Biofeedback Bewegungsanalyse Klinische Studien in Kooperation mit klinischen Partnern 12 Zu Therapiezwecken werden vor allem robotergestutzte Apparaturen eingesetzt Als erstes Forschungsinstitut weltweit hat es z B das Fraunhofer Institut fur Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik geschafft einen Laufsimulator namens HapticWalker zu entwickeln der Schlaganfall Patienten das Wiedererlernen des Gehens erleichtern soll 13 Die Apparatur erlaubt beliebige Gangbewegungen wie beispielsweise Gehen auf der Ebene oder Treppensteigen bei vollstandiger Fuhrung des Fusses Die hohe Dynamik der eingesetzten Antriebe ermoglicht zudem erstmals die Simulation von Gangstorungen wie unebenem Boden Stolpern oder Ausrutschen nbsp Modernes medizinisches Exoskelett Hybrid Assistive Limb HAL Prototyp 2005 Klinische Studien zur Rehabilitation mithilfe von Exoskeletten bei Lahmungen wurden auch mit dem Ekso GT von Ekso Bionics durchgefuhrt 14 einer Weiterentwicklung von Berkeley Robotics eLEGS 15 mit Argos ReWalk 16 und mit Cyberdynes HAL 17 18 Dabei wurden nach einer Therapie mit HAL Verbesserungen in der Kontrolle uber teilgelahmte Beine festgestellt 19 Die US amerikanische Firma They shall walk des Grunders Monty K Reed in Seattle entwickelte den Lifesuit fur in der Bewegung gelahmte Menschen 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 verstarken oder auch vor Sturzen schutzen konnen soll 20 Auf der CES 2017 stellte Hyundai zwei Exoskelette fur Therapiezwecke vor das Hyundai Universal Medical Assist HUMA fur Personen mit Muskelschwache und das Hyundai Medical Exoskeleton H MEX fur Querschnittgelahmte 21 Industrielle Anwendungen Bearbeiten Fur uberwiegend korperlich Arbeitende wurden Ergoskelette entwickelt 22 Sie dienen noch gesunden Arbeitskraften etwa zum Heben schwerer Lasten Zu diesem Zwecken wurden u a die Exoskelette Powerloader von Panasonic oder Body Extender von Percro sowie Varianten von HAL Hersteller Cyberdyne entwickelt 6 23 Hyundai prasentierte 2016 seine Arbeit an einem schweren Exoskelett fur die Industrie 24 und Hyundais 2017 vorgestellter H WEX soll zur Unterstutzung beim Heben schwerer Lasten eingesetzt werden konnen 21 Unterstutzung zur Vermeidung von Belastungsverletzungen bei gleichzeitiger Steigerung der Leistungsfahigkeit 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 Ruckenbereich verringern 25 Auf der CES 2017 stellte Hyundai ein Exoskelett fur Arbeitskrafte vor das Hyundai Waist Exoskeleton H WEX 21 Der Einsatz von Exoskeletten an Arbeitsplatzen findet erst seit Kurzem statt Tests von Prototypen im industriellen Kontext wurden bereits vor Jahren durchgefuhrt da die Nutzung von Exoskeletten in der Arbeitswelt fur viele Unternehmen interessant ist 26 Die Firma German Bionic Systems mit Hauptsitz in Augsburg stellte als erstes Unternehmen in Deutschland aktive Exoskelette zur Unterstutzung von Arbeitnehmern in Serie her 27 Die biomechanische Wirksamkeit von Exoskeletten in der betrieblichen Praxis ist bisher noch weitgehend unerforscht Da in verschiedenen Betrieben immer mehr Piloteinsatze stattfinden mussen Unternehmen fur Arbeitsplatze an denen Exoskelette eingesetzt werden sollen eine Gefahrdungsbeurteilung nach dem Arbeitsschutzgesetz durchfuhren Eine Muster Gefahrdungsbeurteilung dient im konkreten betrieblichen Fall zum Auffinden und Beurteilen von Gefahrdungen 28 Die Leitlinie Einsatz von Exoskeletten im beruflichen Kontext zur Primar Sekundar und Tertiarpravention von arbeitsassoziierten muskuloskelettalen Beschwerden gibt eine sicherheitstechnische Beurteilung des Einsatzes von Exoskeletten Darin flossen vielfaltige Erfahrungen ein unter anderem aus den Bereichen Maschinensicherheit kollaborierende Roboter personliche Schutzausrustungen und Gefahrdungsanalyse physischer Belastungen am Arbeitsplatz 29 Anwendungen durch Sportler Bearbeiten 2018 wurde von Roam Robotics ein Exoskelett vorgestellt das fur die Verbesserung der Leistungen von Skifahrern entwickelt wurde Das Produkt wird um die Knie geschnallt und mit einer Kombination aus Sensoren Software und aufblasbaren Kissen versehen Dadurch soll langeres und anspruchsvolleres Skifahren moglich werden 30 Militarische Anwendungen Bearbeiten nbsp Exoskelett der DARPA Prototyp 2007 Das Heben schwerer Lasten per Exoskelett ist neben der Anwendungen in der Industrie auch fur das Militar interessant so prasentierte etwa Hyundai 2016 ein Exoskelett zum Heben schwerer Lasten unter Verweis auf mogliche sowohl industrielle als auch militarische Nutzung 24 Im rein militarischen Bereich konzentriert sich die Entwicklung bisher schwerpunktmassig auf das Heben und den Transport schwerer Lasten HULC Bearbeiten Im Rahmen des Future Soldier Programms finanzierte die DARPA Berkeley Robotics Entwicklung des Berkeley Lower Extremity Exoskeleton BLEEX 31 aus dem uber die Zwischenschritte ExoHiker 32 und ExoClimber 33 der Human Universal Load Carrier HULC 34 hervorging der 2009 von Lockheed Martin lizenziert wurde HULC leitet das Gewicht eines schweren Rucksacks uber ein Exo Beinskelett in den Boden ab so dass der Trager auch in schwierigem Gelande Lasten bis zu 90 kg verletzungsfrei transportieren konnen soll was Soldaten mit HULC ermoglichen soll auch mit viel Ausrustung ohne grosse Ermudung durch den Anmarsch in den Einsatz zu gehen 35 2012 sollte Hulc erstmals in Afghanistan zum Einsatz kommen Die Einfuhrung bei den Streitkraften wurde aber immer wieder verschoben 36 XOS 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 Trager ermoglichen 90 kg ohne Anstrengung und Verletzungsgefahr zu heben und soll so einem Soldaten mit XOS 2 ermoglichen logistische Arbeiten allein zu verrichten fur die sonst bis zu 3 Soldaten benotigt wurden 37 Multi Funktions Apparaturen Bearbeiten SRI Internationals Superflex ist einerseits mit Sensoren ausgestattet die dem Trager das Wieder Erlernen von Bewegungen ermoglichen und nur dann aktiv werden wenn es notig ist Der Superflex Anzug soll aber nicht nur alteren Menschen Bewegungsfreiheit zuruckgeben sondern auch die Effektivitat und Sicherheit von Arbeitskraften und Soldaten steigern konnen 38 Exoskelette ohne Antrieb BearbeitenDas erste Exoskelett ohne Antrieb liess sich der russische Erfinder Nicholas Yagn bereits im Jahre 1890 patentieren ob es allerdings jemals eine praktische Anwendung fand ist unbekannt 39 Auch heute wird an Exoskeletten ohne Antrieb geforscht so soll etwa Lockheed Martins FORTIS Belastungsverletzungen beim Arbeiten mit schweren Werkzeugen vorbeugen indem es deren Gewicht uber ein Exoskelett in den Boden ableitet wenn der Trager steht oder kniet das Werkzeug selbst wird durch einen ZeroG4 Arm der Firma Equipois mit dem FORTIS ausgestattet ist gehalten nach ahnlichen Prinzipien wie die Steadicam des gleichen Erfinders 40 Equipois hat mit dem x AR auch ein nicht angetriebenes Exoskelett zur Unterstutzung eines Arms entwickelt 40 Der eigentlich hydraulisch angetriebene HULC aus dem FORTIS hervorging 40 soll bei niedrigem Batteriestand nach ahnlichen Prinzipien wie FORTIS Gewicht ableiten 35 In Deutschland arbeiten Firmen mit Schwerpunkten in der Orthopadietechnik an der Weiterentwicklung von Orthesen Fur industrielle Anwendungen werden passive Exoskelettsysteme fur Uber Kopf Arbeiten entwickelt 41 Die umgeschnallten Streben und die Seilzugtechnik konnte bald auch von Handwerkern und Heimwerkern nachgefragt werden 42 Ziel der von Orthopadietechnikern entwickelten Produkte sei es bei einer steigenden Lebenserwartung und einer alternden Belegschaft in Industriebetrieben dafur zu sorgen dass die Mitarbeiter mit neuartigen Hilfsmitteln und ergonomischen Arbeitsplatzen gesund bleiben Die Firma Noonee entwickelt Exoskelette fur ergonomisches Arbeiten 43 Es existieren auch Systeme welche darauf ausgelegt sind Arbeiter in der Logistik und in der Pflege bei Hebetatigkeiten zu unterstutzen 44 Energetisch optimierte Exoskelette BearbeitenViele Vorrichtungen wurden schon entwickelt um die zum Gehen oder Laufen erforderliche Energie zu verkleinern Der Betrieb der meisten Gerate erfordert jedoch einen erhohten Energieeinsatz des Tragers sodass ein Nettonutzen fraglich ist Eine elegante Methode 45 benutzt einen kleinen Generator der durch die Gehbewegung angetrieben wird Die erzeugte elektrische Energie wird in einer Batterie gespeichert und steht spater wieder zur Verfugung Gleichzeitig muss der Trager des Exoskeletts dabei weniger Nahrungsenergie aufwenden die er sonst benotigt hatte um Muskeln zum Abstoppen der Gelenkbewegung als biologische Bremse einzusetzen Fiktive Exoskelette BearbeitenFiktive 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 unterstutzen den Menschen hierbei sowohl bei gewohnlichen Arbeitsaufgaben wie als futuristischer Gabelstapler in Aliens Die Ruckkehr als auch in bewaffnender Form im Kampf wie z B in Elysium Edge of Tomorrow Iron Man Matrix Revolutions Avatar Aufbruch nach Pandora oder Avatar The Way of Water Zuvor fanden sie in der Romanserie Lensmen und mehrere Jahre spater in dem Roman Starship Troopers Erwahnung Im 2019 erschienenen Computerspiel Death Stranding tragt der Hauptcharakter als eine Art postapokalyptischer Paketbote ein Exoskelett wodurch er Lasten von mehreren hundert Kilo tragen kann Soziologische Perspektive BearbeitenExoskelette werden weltweit als Innovationen diskutiert Fuhrend sind asiatische Lander wie Japan und Sudkorea aber auch westliche Staaten wie USA und Deutschland Insofern hat ihre technologische Entwicklung eine makrosoziologische Bedeutung Aber auch im Hinblick auf die meso und mikrosoziologische Frage nach der Forderung von Pravention in der Arbeitswelt wie nach der medizinischen beruflichen und sozialen Unterstutzung der Rehabilitation 46 Chancen und Risiken BearbeitenVon grossem Nutzen fur Menschen mit Einschrankungen der Beweglichkeit von Korperteilen sind Exoskelette fur den betreffenden Benutzerkreis Die Apparaturen konnten allerdings den betreffenden Menschen Bewegungsablaufe abverlangen die sie uberfordern oder die sie aus anderen Grunden nicht ausfuhren wollen Problem der Fremdbestimmung von Menschen in Mensch Maschine Systemen Ein grosses Problem stellt die Frage dar ob High Tech Hilfsmittel fur beeintrachtigte Menschen fur alle bzw von allen Betroffenen finanziert werden konnen In Deutschland nahm der Spitzenverband der Gesetzlichen Krankenversicherung Roboteranzuge die im Einzelfall bis zu 100 000 kosten konnen in das Hilfsmittelverzeichnis gemass 139 SGB V auf 47 48 Die gewerbliche Berufsgenossenschaft Handel und Warenlogistik in Deutschland bewertet den Einsatz von Exoskeletten durch Beschaftigte in ihrer Branche als eine spannende Innovation die aber noch Entwicklungsarbeit braucht 49 Denn Exoskelette entlasteten durch die Kraftunterstutzung das Muskel Skelett System ihrer Trager Da Muskel Skelett Erkrankungen zu den haufigsten Ursachen fur Arbeitsunfahigkeit in der Branche zahlten konnten Exoskelette helfen krankheitsbedingte Ausfallzeiten zu mindern und Beschaftigte dabei unterstutzen langer gesund zu arbeiten Exoskelette kamen im Bereich Handel und Warenlogistik dort in Frage wo andere technische Hilfsmittel wie Stapler oder Kran nicht verwendet werden konnten Profitieren konnten aber auch Beschaftigte in der Automobildemontage der Mobelauslieferung oder bei Arbeiten auf der Baustelle Allerdings warnt die Berufsgenossenschaft davor dass Exoskelette auch genutzt werden konnten um die Lastgewichte zu erhohen Das ware nicht im Sinne der Beschaftigten Sie wurden dann weiterhin an der Belastungsgrenze arbeiten Eine weitere Gefahr bestehe darin dass die Nutzer mit dem Exoskelett stolpern oder sturzen und dass dann das Risiko gross sei dass durch die zusatzliche Masse Verletzungen gravierender ausfallen Generell erhohen sich in vielen Fallen mit den Moglichkeiten zur Leistungssteigerung Leistungsstandards vor allem im Hinblick auf die erwartete individuelle Produktivitat von Arbeitskraften In der Arbeitswelt konnen leistungsgesteigerte Mensch Maschine Systeme wegen des Produktivitatsschubs zusammen mit anderen Formen der Digitalisierung ein starkes Sinken der Nachfrage nach Arbeitskraften bewirken Andererseits bieten neue assistive Technologien solchen Personen neue Chancen die wegen ihrer Einschrankungen der Bewegungsfahigkeit des Sehens oder des Horens durch die beschriebene Entwicklung verstarkt von Arbeitslosigkeit bedroht sind 50 Rechtliche Risiken fur Unternehmen die Beschaftigte mit Exoskeletten arbeiten lassen bestehen in Deutschland bei nicht korrekter fehlender Hilfsmittelzulassung bei unzureichender fehlender Dokumentation Einweisung Belehrung bei Arbeitsunfallen infolge der Verwendung des Hilfsmittels mit noch zu klarendem Versicherungsschutz bei direkter Gesundheitsbeeintrachtigung durch das Hilfsmittel bei Nichteinhaltung von Arbeitsschutz und Unfallverhutungsvorschriften bei Folgeschaden auch Spatfolgen durch die Verwendung des Hilfsmittels 51 Im Bereich des Sports gilt es zu beurteilen welche Entwicklungen als mechanisches Doping in Wettbewerben verboten werden sollen Verboten werden konnten z B fur Wurfsportarten Armverlangerungen in Form von Schlagern wie sie bei Sportarten des Typs Tisch Tennis Eis Hockey oder Baseball eingesetzt werden bei Laufwettbewerben aber auch die Teilnahme von Menschen mit Unterschenkelprothesen sofern diese Sportler regelmassig schneller als Menschen ohne amputierte Unterschenkel sind Der Einsatz von Motoren bei Fahrzeugen ist in der Regel leicht zu erkennen dadurch kann zumeist dieser Einsatz unterbunden werden wenn er regelwidrig ist Eine Problemsportart stellt auch in dieser Hinsicht der Radsport dar da es offenbar gelungen ist Hilfsmotoren in Fahrradern zu verstecken 52 Die Entwicklung von abnehmbaren Exoskeletten verlauft parallel zu der des Einsatzes von fest im menschlichen Korper verbauten Teilen Es stellt sich die Frage inwieweit die mit dem Cyborg Phanomen verbundenen Effekte auf Mensch Maschine Systeme des Exoskelett Typs ubertragbar sind Bei den Paralympics in London 2012 absolvierte die querschnittsgelahmte Britin Claire Lomas mit Hilfe kunstlicher von aussen steuerbarer Kniegelenke und des Exoskeletts ReWalk innerhalb von 17 Tagen die Marathonstrecke 53 Literatur BearbeitenPeter W Singer How to Be All That You Can Be A Look at the Pentagon s Five Step Plan For Making Iron Man Real Memento vom 8 Juni 2010 im Internet Archive The Brookings Institution Neil Bowdler Rise of the human exoskeletons In BBC News 4 Marz 2014 abgerufen am 4 Marz 2014 englisch S Qiu Z Pei C Wang u a Systematic Review on Wearable Lower Extremity Robotic Exoskeletons for Assisted Locomotion In J Bionic Eng 2022 doi 10 1007 s42235 022 00289 8Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Exoskelett Maschine Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien nbsp Wiktionary Exoskelett Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen Gene Emmers Webseite uber Exoskelette fur Rollstuhlfahrer Memento vom 8 Dezember 2015 im Internet Archive Berkeley Lower Extremity Exoskeleton Project englisch HAL 5 englisch HAL 5 als Hilfe beim Bergsteigen fur einen Querschnittsgelahmten englisch Testen eines Exoskeletts der U S Army Video Bilderstrecke eines Prototyps von Raytheon elektor news Exoskelett macht Gelahmte gehend vom 2 Februar 2015 Deutschlandfunk Sendung Forschung aktuell Beitrag Exoskelette Laufen im Roboteranzug vom 17 Februar 2015 Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung e V DGUV Fragen und Antworten zum Thema Exoskelette Moglicher Einsatz von Exoskeletten in der Industrie Einzelnachweise Bearbeiten Ralph Hensel Chancen und Risiken fur den Einsatz von Exoskeletten in der betrieblichen Praxis Erkenntnisse aus einer Feldstudie mit einem Exoskelett zur Ruckenunterstutzung ASU Zeitschrift fur medizinische Pravention 31 Juli 2018 abgerufen am 7 Dezember 2018 Telepolis USA forschen an Starship Troopers 13 November 2001 abgerufen am 22 April 2011 golem de Exoskelett fur Soldaten durch Iron Man amp Co 6 Mai 2008 abgerufen am 22 April 2011 Susanne Nordlinger Stark und gesund dank Exoskelett In verlag moderne industrie 14 Februar 2018 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