Neue Knie-Exoskelette schützen den Rücken

So stärkt das neue Exoskelett effektiv die Beinmuskeln (Foto: José Montes-Pérez, umich.edu)

Ann Arbor (pte026/19.09.2024/11:30) - Forscher der University of Michigan ( https://umich.edu/ ) haben Knie-Exoskelette aus handelsüblichen Knieorthesen und Drohnenmotoren gebaut. Diese beugen laut den Experten Ermüdungserscheinungen bei Hebe- und Trageaufgaben vor. Und sie sollen den Benutzern dabei helfen, schwere Lasten mühelos zu bewegen, ohne den Rücken zu überlasten - ein entscheidender Faktor bei der Vermeidung von Verletzungen am Arbeitsplatz.

Kombi mit korrekter Hebetechnik

"Wir unterstützen nicht den Rücken, sondern die Beinmuskeln. In Kombination mit der korrekten Hebetechnik ist das viel wirksamer und unterscheidet uns von dem, was bisher bei der Entwicklung von Exoskeletten für Arbeitnehmer üblich war, die körperlich schwer belastet sind", sagt Forschungsleiter Robert Gregg.

Menschen, die regelmäßig Lasten heben, wie beispielsweise im Baugewerbe, in der Fertigung und in Pflegeberufen, verwenden bereits Rückenstützen. Rücken-Exoskelette, die mit Federn oder Motoren beim Heben zusätzlich helfen, sind im Kommen. Doch sie halten nicht zu der jeweils richtigen Körperhaltung an, die den Rücken zusätzlich schützt.

Test mit Zehn-Kilo-Kugelhanteln

Das Team setzt dagegen auf die Unterstützung der Quadrizepsmuskeln, die den Großteil der Kraft beim Heben von Lasten aus der Hocke aufbringen, und so dazu beitragen, Arbeiter vor Rückenverletzungen zu schützen. Probanden haben die Knie-Exoskelette bei Hebe- und Trageaufgaben mit einer 20-Pfund-Kugelhantel (ein Pfund sind 0,45 Kilogramm) getestet.

Zu den Aufgaben gehörten das Anheben des Gewichts vom Boden und das erneute Absetzen sowie das Anheben und Tragen des Gewichts auf ebenem Boden, auf einer Steigung und auf Treppen. Trotz Ermüdung behielten die Probanden eine gesundheitlich vorteilhafte Körperhaltung bei. Sie hoben die Lasten auch schneller an als die Tester ohne Exoskelett, und zwar deutlich. Sie ließen um nur ein Prozent nach, während die Vergleichsgruppe 44 Prozent langsamer wurde.

"Dies ist besonders wichtig, wenn ein Arbeiter mit einem Förderband Schritt halten muss. Wenn ein Arbeiter erschöpft ist, versucht er, das Tempo beizubehalten. Das geht aber zu Lasten der Körperhaltung. Er krümmt seinen Rücken stärker, und dann sind Verletzungen am wahrscheinlichsten", so Postdoc Nikhil Divekar.

150 Messungen in der Sekunde

Das neue Exoskelett ist enorm effektiv, weil die Motoren so angeordnet sind, dass die Benutzer ihre Knie frei bewegen und ganz natürlich gehen können. Dazu kommt die Software, die vorhersagt, welche Art von Unterstützung der Benutzer benötigt, indem sie den Winkel des Kniegelenks, die Ausrichtung des Oberschenkels und des Unterschenkels und die von einem Sensor im Schuh des Benutzers aufgenommene Kraft berücksichtigt.

So wird ermittelt, welche Bewegung der Benutzer ausführen möchte und wie viel Unterstützung er benötigt. Diese Messungen werden 150 Mal pro Sekunde durchgeführt, sodass sich die Exoskelette blitzschnell anpassen können, heißt es abschließend von den Robotik-Wissenschaftlern.

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