Wieder bewegen, dank Roboterbeinen

Mit zukunftsweisender Robotertechnologie wieder laufen.Rex Bionics

Hayden Allen ist ein ganz normaler junger Mann aus Neuseeland. Seit einem Motorradunfall, bei dem sein Rückenmark verletzt wurde, ist er an den Rollstuhl gebunden. Die Ärzte sagten ihm damals, dass er wohl nie wieder laufen werde. Doch das stimmte nicht. Hayden ist einer der ersten Nutzer des Robotic Exoskeletts (Rex). Als er das erste Mal seine Roboterbeine anprobierte, sagten Freunde zu ihm, dass er beim Laufen aufhören solle, auf seine Füße zu schauen. „Ich konnte einfach nicht aufhören, meine sich bewegenden Füße anzustarren“, beschreibt Hayden seine ersten Schritte mit Rex. Die Roboterbeine gaben ihm wieder Lebensqualität und neue Lebensperspektiven zurück. Für ihn sonst unzugängliche Orte waren auf einmal wieder zugänglich. So kann er in seinem Job als Mechaniker auch wieder stehende Tätigkeiten ausüben und diverse Freizeitmöglichkeiten nutzen.

Vor rund neun Jahren kam den beiden Rex Bionics-Gründern Richard Little und Robert Irving die Idee, diese Art von Roboterbeinen zu entwickeln. Die Gründe dafür lagen auf der Hand: Bei Robert Irving wurde schon damals multiple Sklerose diagnostiziert und für ihn war klar, dass er früher oder später im Rollstuhl landen wird. Beide haben außerdem Mütter, die im Rollstuhl sitzen, und können sich somit sehr gut in diese Welt voller Barrieren hineinversetzen. Die zwei Freunde beschlossen daraufhin, dass sie ihr Ingenieurs-Know-how dazu nutzen sollten, eine Maschine für Menschen zu entwickeln, die normalerweise einen Rollstuhl brauchen, um sich zu bewegen. So wurde das neuseeländische Unternehmen geboren.

Zehn DC RE 40 Maxon-Motoren pro Exoskelett sorgen für gleichmäßige Bewegungen. Maxon Motor

Zwei Varianten für unterschiedliche Bedürfnisse

Menschen mit Bewegungseinschränkungen wird so das Gehen wieder ermöglicht. Außerdem werden durch den Laufprozess auch die Beine trainiert. Rex sorgt dafür, dass diese Menschen wieder stehen, laufen, aufstehen, sich umdrehen und sich selbstständig hinsetzen können. Seitwärtsbewegungen, Treppensteigen und das Gehen auf Steigungen und Abhängen sind ebenfalls problemlos möglich. Zwar sind die bionischen Beine kein voller Ersatz für den Rollstuhl, aber so ist der Anwender beispielsweise wieder in der Lage auch stehend seine Arbeit zu verrichten. Allein einem Menschen im Gespräch wieder in Augenhöhe gegenüberzustehen ist für diese Menschen ein unglaubliches Erlebnis. „Durch den Einsatz von ausgereifter Technik und kontinuierlicher Verbesserung in Funktionalität, Form und Usability wollen wir möglichst viele Menschen auf der ganzen Welt erreichen. Wenn wir die unglaublich emotionalen Reaktionen von Rex-Benutzern sehen, freut uns das jeden Tag und motiviert das ganze Rex-Team“, sagt der Mitbegründer Richard Little.

Aktuell gibt es zwei Varianten für unterschiedliche Bedürfnisse, die inzwischen in zwei Fertigungsstandorten hergestellt werden. „Rehab Rex“ ist für den Einsatz in Rehabilitations-Centern gedacht. „Rex“ wurde für den privaten Nutzer entwickelt, der damit Aufgaben erledigen kann, die bisher im Rollstuhl nicht möglich waren. Die größten Herausforderungen im Entwicklungsprozess waren laut Richard Little, die Entwicklung der sehr komplexen Robotik-Plattform, welche gleichzeitig sehr leicht sein sollte. Außerdem war es eine Grundvoraussetzung, dass der Nutzer mit seiner eingeschränkten körperlichen Verfassung perfekt mit den extern montierten Roboterbeinen harmoniert und sich sicher halten und bewegen kann.

Das Herzstück der Gleichstrommotoren ist die weltweit patentierte eisenlose Wicklung.Maxon Motor

Das Exoskelett wiegt 38 Kilogramm, wobei der Anwender nichts von diesem Gewicht trägt. Es wird mithilfe eines integrierten und austauschbaren Akkus betrieben, welcher bei Dauerbetrieb rund zwei Stunden durchhält. Mit einem Joystick und einem Kontrollpad wird Rex gesteuert, bei anderen Exoskeletten erfolgt die Steuerung häufig über Sensoren. So sind für die Steuerung des Exoskeletts keine Nervenfunktionen notwendig. Mit etwa drei Metern pro Minute ist er zwar nicht sehr schnell, aber dafür kann sich der Nutzer sehr sicher vorwärtsbewegen. Den Halt verliert er dabei nicht – denn egal, ob eingeschaltet oder ausgeschaltet, der Roboter bleibt immer stabil, so kann der Anwender auch in einem belebten Umfeld, wie bei einer Sportveranstaltung oder einem Konzert stehen, ohne Sorge zu haben, dass er umgeworfen wird. Zusätzliche unterstützende Hilfsmittel wie Krücken sind nicht erforderlich, so dass der Nutzer seine Arme und Hände völlig frei verwenden kann.

Zehn starke Motoren für sichere Bewegungsabläufe

Rex ist ein hochkomplexes elektromechanisches Gerät mit Tausenden von Präzisionsteilen inklusive der Gliedmaßen, die durch ein Netzwerk von 29 Mikrocontrollern gesteuert werden. Die spezielle Anordnung der Mikrocontroller in Rex ermöglicht es, sich innerhalb von Sekunden zu bewegen und zu reagieren. Dabei fühlen sich die Bewegungen des Roboters für den Anwender immer gleichmäßig an. Für diesen ruckfreien Bewegungsablauf sorgen Maxon-Motoren. Sie sind verantwortlich für alle Bewegungen der Gliedmaßen, die sich in exakt der gleichen Weise bewegen, wie ein menschliches Bein. Je Exoskelett kommen zehn DC RE 40 Maxon-Motoren zum Einsatz. Der RE 40 verfügt über kraftvolle 150 Watt und hat einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent. Die mechanisch kommutierten DC-Gleichstrommotoren zeichnen sich speziell durch ein günstiges Drehmomentverhalten, hohe Dynamik, einen sehr großen Drehzahlbereich und durch ihre lange Lebensdauer aus. Herzstück des Motors ist der weltweit patentierte eisenlose Rotor, welcher den Rastmoment-freien Lauf des Antriebs gewährleistet. Die Entscheidung fiel ganz bewusst für die Qualität dieser Motoren, da es sich um ein hochsensibles Medizinprodukt handelt und die Sicherheit der Person im Vordergrund steht. Die größte Herausforderung an die Motoren bestand dabei darin, Qualität, Größe und Leistung unter einen Hut zu bringen. Momentan wird Rex von rund 18 Personen in Neuseeland genutzt und monatlich kommen neue Anwender hinzu, die dann auch wie Mitch Brogan sagen können: „Meine Wangen schmerzten schon von meinem ewigen Lachen und ich wusste, dass sich mein Leben für immer verändert hat.“

(ah)