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Soft modular biomimetic exoskeleton to assist people with mobility impairments

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Sanfte Exoskelette: Schritt für Schritt in eine mobilere Zukunft

Für Menschen mit geringer bis moderater Mobilität wie Senioren oder Schlaganfallpatienten kann mangelnde körperliche Bewegung zu Problemen im Alltag führen, sogar wo weit, dass die Genesung oder eine Verbesserung des Gesundheitszustandes behindert werden können. Die EU-Forscher von XoSoft haben genau das richtige Hilfsmittel, um aktiv zu bleiben.

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Im Projekt XoSoft wurde eine völlig neue Art von Exoskelett für die Beine entwickelt, das Menschen, die durch Muskelschwäche, Verlust von Sinnesfunktionen oder Rückenmarkverletzungen in ihrer Mobilität eingeschränkt sind, unterstützen soll. „Wir haben mit einem nutzerzentrierten Gestaltungsansatz ein modulares biomimetisches Exoskelett entwickelt, einschließlich einer schrittweisen Produktion von vier verschiedenen Protoytpen“, skizziert Projektkoordinator Dr. Jesús Ortiz. Schrittweise voran mit den Prototypen Alpha, Beta 1, Beta 2 und Gamma Bei Beta 1 kamen erstmals sanfte Technologien zum Einsatz, die Sensoren und Aktoren integrierten. Beta 2 ist schon ein großer Schritt in Richtung eines kompletten sanften Systems. Die Gamma-Version ist die Crème de la Crème, ein rundum sanftes System mit innovativen Technologien verschiedener Partner, die in allen Projektphasen zusammengearbeitet haben: von der Ermittlung des klinischen Bedarfs bis hin zur finalen Integration und Validierung des Prototypen. Dass sanfte Materialien für das System genutzt werden, bietet zwar viel Potenzial für Akzeptanz bei den Nutzern, aber auch einige technische Schwierigkeiten, die gelöst werden mussten. „Darum haben wir uns die technischen Bereiche einzeln angeschaut, also die sanfte Aktivierung, sanfte Sensorik und biomimetische Steuerung“, betont Dr. Ortiz. Sanfte oder harte Systeme? Die vom Team entwickelten verschiedenen sanften intelligenten Materialien ermöglichen Sensorik direkt im Textil bzw. in der Kleidung, was mit klassischen starren Systemen nicht möglich ist. Durch den Einsatz neuartiger sanfter Materialien ergeben sich ein geringeres Gewicht, Kompaktheit und gesteigerter Komfort. Eine präzise Überwachung der gesamten Haltung und Bewegung des Patienten in 3D ist wichtig, damit er in XoSoft das Gleichgewicht halten kann. „Ein sanftes Aktivierungssystem herzustellen, das für das Konzept von XoSoft geeignet wäre, war von Anfang an eine Herausforderung“, erinnert sich Dr. Ortiz. Im Gegensatz zu starren Exoskeletten bieten sanfte Exoskelette ähnliche Bewegungsfreiheit wie bei einem Menschen, der kein XoSoft-Exoskelett trägt. Verschiedene technologische Lösungen wurden erwogen und manche konnten die Anforderungen nicht erfüllen. „Doch mit einer intelligenten Kombination von Technologien und Aktivierungsprinzipien haben wir erfolgreich ein Aktorensystem entwickelt, mit dem sich XoSoft modular und skalierbar umsetzen lässt.“ Jeder Prototyp wurde unter Laborbedingungen getestet und alle potenziellen Vorteile genau analysiert. Dabei wurde der Prototyp Beta 1 an einem Schlaganfallpatienten getestet, während Beta 2 und Gamma an fünf Patienten zum Einsatz kamen. In einer zweiten Phase liefen Tests von Beta 2 und Gamma an fünf bis sieben Patienten in einer klinischen Umgebung. Abschließend wurde Gamma noch in einer simulierten häuslichen Umgebung an vier Patienten validiert. Die Vielfalt der Szenarien und Patienten lieferte unschätzbares Feedback über das positive Wirkpotenzial von XoSoft. Selbstbewusste Schritte zu echten Anwendungen und Szenarien Da drei voll funktionierende Prototypen zur Verfügung stehen (ein Beta 2 und zwei Gamma, die als Medizinprodukte der Klasse I klassifiziert sind), können die Versuche und die Zusammenarbeit mit den Partnern über das Projekt hinaus fortgesetzt werden. Zudem sind alle Partner bereit, gemeinsam an neuen Projekten zu arbeiten, und es gibt Pläne für einen Projektantrag auf zukünftige Förderung und Entwicklung durch die EU. „So werden nicht nur die technischen Fähigkeiten verbessert, sondern damit richtet sich die Entwicklung auch auf realistischere Anwendungen in lebensechten Szenarien aus“, fasst Dr. Ortiz zusammen. Wenn das System erst höher entwickelt ist, kann es Bewegungen und Intentionen der Nutzer erkennen, um die nötige Stärke der Unterstützung zu bestimmen.

Schlüsselbegriffe

XoSoft, Prototyp, sanft, Beta, Gamma, Exoskelett, modular, Mobilität

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