Roboter-Exoskelett als Hightech-Lösung gegen Schmerzen im unteren Rücken
Schmerz im unteren Rückenbereich – der berühmte „Hexenschuss“ – ist eine der häufigsten Ursachen für Invalidität und die Inanspruchnahme ärztlicher Behandlung. In Europa leisten diese Rückenschmerzen den größten Beitrag zu den mit Behinderung gelebten Jahren und sie haben verglichen mit 1990 um mehr als 50 % zugenommen. Zudem sind sie ein ökonomischer Kostenfaktor. Nach grippalem Infekt sind Schmerzen im unteren Rückenbereich der häufigste Grund für Arbeitsausfall und für 15 % aller Krankheitstage sowie Hunderte Millionen verlorener Arbeitstage verantwortlich. Robotertechnik etabliert sich als wirksamste Strategie, um durch Rückenverletzungen bedingte Schmerzen – und Kosten – zu reduzieren. Die meisten robotergestützten Hilfsmittel werden als Exoskelett getragen. Sie können die aktive Bein- und Armbewegung bei den Betroffenen deutlich verbessern. Allerdings wird dabei vernachlässigt, wie wichtig das Rückenmark bei der Lastübertragung vom Oberkörper und von den Armen auf die Beine ist. Um diese Lücke zu schließen, arbeitet das EU-finanzierte Projekt SPEXOR an einer bahnbrechenden Lösung. „SPEXOR als innovatives Exoskelett für die Wirbelsäule ist nicht nur zur Prävention von Lumbago bei der arbeitsfähigen Bevölkerung konzipiert, sondern soll auch bereits Betroffenen die Rückkehr an den Arbeitsplatz erleichtern“, sagt Jan Babič, Projektkoordinator und Forscher am Jožef Stefan Institut, Slowenien.
Natürliche Ergänzung für den Körper
Ähnlich wie eine Zahnspange (nur technisch komplexer), wird SPEXOR an den Oberschenkeln, am Becken und am Rücken angepasst. Dabei nimmt ein mechanisches Gelenk an der Hüfte und ein flexibler Wirbelsäulenmechanismus das Gewicht von der Wirbelsäule. Die Stützfunktion wird über Kohlefaserstangen vermittelt, sodass der Rücken entlastet wird, und Federn auf Höhe der Oberschenkel üben leichten Druck auf die Beine aus. Über integrierte Sensoren erkennt das nur 6,3 kg leichte System, wann sich die Person bücken will. Somit wird SPEXOR nur bei Bedarf automatisch aktiviert, bei Nichtgebrauch hingegen bleibt das System im passiven bzw. „Ruhe“-Modus. „Das Wunderbare an unserem Gerät ist, dass es weiß, welche Bewegungen man gerade macht, und über komplexe Algorithmen auch die nachfolgenden Bewegungen berechnet“, erklärt Babič. „Damit bleibt SPEXOR dezent im Hintergrund und ist für den Körper eigentlich nur eine natürliche Ergänzung.“
Lernen und Prävention
Laut Babič soll SPEXOR sowohl Lernhilfe als auch als Präventionsmittel sein, und zwar, indem es per Summton signalisiert, wenn Gegenstände falsch angehoben werden. „Diese Funktion ist äußerst aufschlussreich für unsere laufende Untersuchung zur Art und Weise, wie Menschen ihren Rücken beugen“, sagt er. „Sie liefert uns Ansätze, ungünstige mechanische Abläufe zu korrigieren und die richtige ergonomische Haltung zu vermitteln.“ SPEXOR trägt auch wesentlich zur Vermeidung von Rückenproblemen bei, indem die Wirbelsäule teilweise mechanisch entlastet wird. Dies wiederum senkt das Risiko von Verletzungen, etwa Frakturen an Wirbelkörperdeckplatten. „Richtige Bewegungsabläufe und Körperhaltung tragen ideal dazu bei, die Muskeln zu stärken und Schäden zu vermeiden“, fügt Babič hinzu. „Leider lassen sich schädigende Bewegungsabläufe nie ganz vermeiden, sodass die externe Unterstützung von SPEXOR umso wichtiger wäre.“ Das Forschungsteam hat ein Patent für seine Exoskelett-Technologie angemeldet, und der Konsortialpartner Ottobock entwickelte mit seinem Paexo Back bereits eine marktfähige Lösung auf Basis der Projektergebnisse von SPEXOR.
Schlüsselbegriffe
SPEXOR, Exoskelett, Lumbago, Hexenschuss, Schmerzen im unteren Rücken, Behinderung, Robotik