06.03.2017

Exoskelett: Wenn Mensch und Maschine verschmelzen

Exoskelette können Fertigungs- wie Montageschritte maschinell unterstützen und eine optimale Lastenverteilung im Körper des Trägers erreichen. Wie so ein Skelett entwickelt wird, welche Klippen es zu umschiffen gilt und ob Exoskelette bald in Serienproduktion gehen, fragen wir unseren Experten Dr. Werner Kraus, Leiter der Gruppe Intralogistik und Materialfluss am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart.

Welche Exoskelette existieren bereits für den Arbeitsalltag?

Werner Kraus: Generell unterscheiden wir bei Exoskeletten zwischen passiven und aktiven Hebehilfen. Rein passive Systeme kommen ohne Motor oder sonstige Aktoren aus, stattdessen werden auftretende Kräfte und Belastungen über eine Stützstruktur in weniger gefährdete Körperregionen oder in den Boden umgeleitet. Sie bieten Unterstützung beim statischen Halten, aber nicht bei dynamischen Bewegungsabläufen. Solche Systeme kennen wir u.a. aus den USA und Frankreich.

Welche Vorteile haben aktive Systeme?

Werner Kraus: Aktive Systeme bieten eine höhere Kraftunterstützung. Sie haben Aktoren, also meist elektrische Servomotoren oder pneumatische Aktoren an einer zentralen Stelle oder an den Gelenken. Die Herausforderung bei diesen Systemen ist, dass die Motoren und das Gewicht des Systems den Menschen nicht behindern dürfen. Systeme dieser Art gibt es bereits in Japan und den USA. Entwicklungsbedarf besteht noch bei der intuitiven Bedienbarkeit.

Wie können diese Skelette den Rücken entlasten bzw. schützen helfen?

Werner Kraus: Heben belastet mehrere Körperregionen, von den Knien angefangen über die Oberschenkelmuskulatur, Lendenwirbel und Rücken bis zu Schultern, Ellenbogen und Handgelenken. Exoskelette reduzieren die Traglast und somit die Belastung, die auf den Körper wirkt.

Wie genau funktionieren die Sensoren, die die Bewegung des Menschen an das Exoskelett übertragen?

Werner Kraus: Wir verwenden einen Sensorhandschuh, der direkt zwischen Hand und dem zu handhabenden Werkstück die Kräfte und Bewegungen misst. Ziel ist es, aus diesen Signalen die zukünftige Bewegung des Menschen zu antizipieren. Da Werker ohnehin Handschuhe tragen, ist die Hemmschwelle für die Nutzung und die Umstellung
auf das Tragen eines Exoskeletts gering.

Wie lange dauert es noch, bis Ihr System oder ein Modulkasten wirklich in der Produktion eingesetzt werden kann?

Werner Kraus: Die Energieversorgung ist ein kritischer Parameter, da die Batterien vom Menschen getragen werden müssen und damit eine zusätzliche Belastung darstellen. Ein anderes noch zu beforschendes Feld ist die Steuerung des Exoskeletts, Stichwort „Intentionserkennung“: Wie kann die Maschine schnell erkennen, welche Bewegung der Mensch ausführen möchte? Aktuell werden erste Machbarkeitsuntersuchungen durchgeführt.

Wie sehen Sie den möglichen Einsatz für Arbeitnehmer z. B. in der Produktion?

Werner Kraus: In der zukünftigen Produktion wird der Mensch dort, wo es möglich ist, von ergonomisch
ungünstigen Arbeiten durch Produktumgestaltung, Umgestaltung des Arbeitsplatzes oder organisatorische Änderungen entlastet. Erst wenn diese Maßnahmen ausgereizt sind, kommt das Exoskelett zum Einsatz. In der Logistik hingegen, also in der Gepäckhandhabung oder beim Kommissionieren, gibt es bisher keine befriedigende Alternative zur manuellen Arbeit. Hier besteht großes Potenzial für den Einsatz von körpergetragenen Hebehilfen.

Herr Kraus, herzlichen Dank für das Interview!

 

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Autor: Markus Horn