»Humanmechatronik« nimmt an Fachhochschule den Menschen in den Blick – Hörschutz und Super-Rollstuhl Roboteranzug soll Muskelkraft verstärken

Bielefeld (WB). BMW-Mitarbeiter, die im US-amerikanischen Werk des Autoherstellers lange über Kopf arbeiten müssen, erhalten dafür Unterstützung durch einen Halteapparat. Von einer intelligenten Orthese ist das noch meilenweit entfernt, sagt Prof. Dr. Axel Schneider. Genau die aber entwickelt er mit seinem Team – als unterstützendes Hilfsmittel bei schweren Arbeiten oder körperlichen Gebrechen.

Von Sabine Schulze
Axel Schneider (Mitte) und Team messen Nervenimpulse am Muskel. Nur wenn die Unterstützung durch den Roboterarm gleichzeitig mit der Aktivierung des Muskels erfolgt, fühlt sich die Nutzung eines unterstützenden technischen Systems natürlich an.
Axel Schneider (Mitte) und Team messen Nervenimpulse am Muskel. Nur wenn die Unterstützung durch den Roboterarm gleichzeitig mit der Aktivierung des Muskels erfolgt, fühlt sich die Nutzung eines unterstützenden technischen Systems natürlich an. Foto: Bernhard Pierel

Schneider lehrt und forscht am Fachbereich Ingenieurwissenschaften und Mathematik der Fachhochschule Bielefeld. Und er gehört dem Institut für Systemdynamik und Mechatronik (Isym) an. Mit seinen Kollegen Prof. Dr. Joachim Waßmuth und Prof. Dr. Rolf Naumann befasst er sich hier besonders mit der »Humanmechatronik«. Diesen Begriff hat das Trio mitgeprägt. Dahinter steht die Idee, Technologie nahe am Menschen und mit Schnittstellen zur Medizin zu entwickeln.

»Humanmechatronik bedeutet, den Menschen im Blick zu haben, ihn zu unterstützen, zu schützen und intelligent auf ihn reagieren«, sagt Waßmuth. Dazu, betont Schneider, muss man viel vom Menschen und von allen Bereichen der Technik verstehen. Daher haben sich im »Isym« ein Informatiker, ein Maschinenbau-Ingenieur und ein Elektrotechniker zusammengefunden, um nicht nur eigene Projekte zu betreiben, sondern sich gegenseitig effektiv zuzuarbeiten. Schneider hat dafür den Begriff der »Jagdgemeinschaft« geprägt.

Von der DFG gefördert

Er selbst forscht und arbeitet im Bereich der »tragbaren Robotik«. Sie kann im Arbeitsleben eine große Rolle spielen, wenn es darum geht, große Gewichte zu heben. Ebenso kann sie bei körperlichen Handicaps helfen. »Noch erinnern diese Roboteranzüge eher an Ritterrüstungen«, sagt er. Damit sie handhabbar sind, müssen sie leichter und viel flexibler werden. Und natürlich klüger. »Nur wenn der Mensch sie nicht als störend empfindet, werden sie wirklich akzeptiert«, sagt Wasmuth. Dazu müssen die Bewegungen »weich« sein und nicht eckig und abgehackt, womöglich noch mit leichter Verzögerung. »Ihren Impuls bekommen die Roboterkomponenten von eingebauten Sensoren: Sie nehmen von der Haut die Signale auf, die der Muskel sendet«, erklärt Schneider. Das bedeutet aber, dass das Signal einen »Tuck« zu spät an die Orthese gegeben wird.

»Eine kluge Messung weiß aber diesen entscheidenden Bruchteil eher, dass gleich eine Bewegung kommt, gibt das Signal pünktlich an die Antriebe im Gelenk und unterstützt zur richtigen Zeit.« Das Projekt wird seit Jahresbeginn für drei Jahre von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert – eine große Ausnahme für FH-Forschungen. Es ist auch ein Beispiel dafür, dass die Ingenieure in der Humanmechatronik über den Tellerrand schauen müssen: Sie müssen vorab die Biochemie des Muskels verstehen, berechnen und modellieren und können dann erst das technische System danach entwickeln.

Austausch mit Medizinern und Psychologen

»Wir sind Grenzgänger, die sich zum Beispiel auch mit Medizinern und Psychologen austauschen«, sagt Waßmuth. Er hat für die Arbeit in Werkhallen mit seiner Arbeitsgruppe einen leichten und kleinen Hörschutz entwickelt, der physikalisch störenden, zu lauten und schädigenden Schall eliminiert, zugleich aber die Kommunikation mit Kollegen erlaubt und intelligent mit Maschinen interagiert: Die geben zum Beispiel die Information »auf das Ohr«, dass ihnen Schmierstoffe fehlen. Der neue Hörschutz wird just in den Werkhallen von zwei Kooperationspartnern getestet.

Wie kann man einen modernen Rollstuhl noch besser an den Nutzer anpassen? Sonke Lueck und Rolf Naumann finden’s raus. Foto: Bernhard Pierel

Naumann, der Dritte im Bunde, will Rollstühle optimieren. Da ist noch Luft nach oben, ist er überzeugt und demonstriert das sogar an einem elektrischen Hightech-Rollstuhl auf einem Prüfstand. »Zunächst einmal haben Rollstühle einen kurzen Radstand und damit wenig Komfort. Dann liegt der Schwerpunkt sehr hoch. Und die Dämpfer sind sehr steif. Besser wäre es, wenn sie einstellbar wären: von weich für die Straße bis hart beim Überwinden einer Bürgersteigkante.« Denn ein Rollstuhl wird anders als das Durchschnittsauto auf sehr unterschiedlichem Untergrund bewegt und muss im Innenbereich besonders wendig sein.

Anhand eines Dummys, der den Menschen ersetzt, zeigt Naumann, wie technisches System und Mensch wechselseitig wirken: Je nach Geschwindigkeit oder Untergrund schwingt der Rollstuhl. Diese Schwingung überträgt sich auf den Menschen: auf seine Wirbelsäule und die Gelenke. »Unter Umständen entspricht die Schwingung der Eigenfrequenz der inneren Organe – worauf die Fahrgeschäfte einer Kirmes ja extra ausgelegt sind. Bei großer Empfindlichkeit kann das aber zu Übelkeit führen.« Die Fahrdynamik eines Rollstuhles müsse also im Betrieb überprüft werden – wie auch die Federn, die Sitze und natürlich der Einfluss des Menschen, an den ein Rollstuhl idealerweise angepasst wird.

»Egal ob Freizeit, Industrie oder Pflege: Die Technologien der Humanmechatronik können in ganz verschiedenen Bereichen angewandt werden«, sagt Naumann. Entscheidend sei, dass sich das System an den Menschen anpasse – und zwar durchaus auch kurzfristig und etwa in Abhängigkeit von Tagesform oder dem Fortschreiten einer Krankheit, ergänzt Schneider.

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