Motoren statt Muskeln

Hayden Allen, ein junger Mann aus Neuseeland, ist auf den Rollstuhl angewiesen, seit sein Rückenmark bei einem Motorradunfall verletzt wurde. Die Ärzte gingen nicht davon aus, dass er je wieder laufen würde. Doch Hayden ist einer der ersten, die ein Robotik-Exoskelett namens „Rex“ genau dafür nutzen. Die Roboterbeine mit integrierten Antrieben und Steuerungen gaben ihm die Möglichkeit, sich unabhängig vom Rollstuhl zu bewegen, in seinem Job als Mechaniker wieder stehende Tätigkeiten auszuüben und diverse Freizeitmöglichkeiten zu nutzen.

Die Idee, diese Art von Roboterbeinen zu erschaffen, kam den beiden Rex-Bionics-Gründern Richard Little und Robert Irving vor rund neun Jahren. Die Gründe dafür lagen auf der Hand: Die Mütter beider Männer sitzen im Rollstuhl, und bei Robert Irving wurde multiple Sklerose diagnostiziert, so dass für ihn klar war, dass auch er früher oder später auf dieses Hilfsmittel angewiesen sein würde. Daher beschlossen Little und Irving, mit ihrem Ingenieurwissen eine Alternative zum Rollstuhl zu entwickeln.

Ein Exoskelett, das den menschlichen Körper von außen stützt, schien dafür ein guter Ansatz. Exoskelette werden entwickelt, um Menschen mit Bewegungseinschränkungen das Gehen zu ermöglichen. Zwar sind die bionischen Beine kein voller Ersatz für den Rollstuhl. Aber der Anwender kann damit wieder stehen, laufen, aufstehen, sich umdrehen und selbstständig hinsetzen.

„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 es motiviert das ganze Rex-Team“, sagt Firmengründer Richard Little.

Als Hayden Allen das erste Mal seine Roboterbeine anprobierte, sagten Freunde zu ihm, dass er beim Laufen nicht immer auf seine Füße schauen solle. „Ich konnte einfach nicht damit aufhören, sie anzustarren“, erinnert sich Allen. Der Anblick seiner Füße bedeutete für ihn wiedergewonnene Lebensqualität und neue Lebensperspektiven.

Das neuseeländische Exoskelett ermöglicht Seitwärtsbewegungen, Treppensteigen und das Gehen auf harten, flachen Oberflächen, inklusive Steigungen und Abhängen. Allein einem Menschen im Gespräch wieder in Augenhöhe gegenüberzustehen, ist für jemanden, der lange im Rollstuhl saß, „ein unglaubliches Erlebnis“, sagen die Erfinder. Aktuell gibt es zwei Rex-Varianten: „Rehab Rex“ ist für den Einsatz in Rehabilitations-zentren gedacht. „Rex“ wurde für den privaten Nutzer entwickelt.

Die größte Herausforderung im Entwicklungsprozess war laut Richard Little, eine sehr komplexe Robotik-Plattform zu entwickeln, die dennoch sehr leicht sein sollte. Außerdem sollte der Nutzer mit seiner eingeschränkten körperlichen Verfassung perfekt mit den extern montierten Roboterbeinen harmonieren, sich sicher halten und bewegen können.

Daher ist ein Exoskelett ein komplexes elektromechanisches Gerät und enthält Tausende von Präzisionsteilen inklusive der Gliedmaßen, die durch ein Netzwerk von 29 Mikro-Controllern gesteuert werden. Die spezielle Anordnung der Mikro-Controller ermöglicht es, sich innerhalb von Sekunden zu bewegen und zu reagieren. Dabei fühlen sich die Bewegungen, die durch Maxon-Motoren ruckfrei ausgeführt werden, für den Anwender immer gleichmäßig an. Schließlich sollen sie sich genauso bewegen wie ein menschliches Bein. Dennoch mussten auch die Motoren Qualität, geforderte Größe und Leistung unter einen Hut bringen.

Heute werden in jedem Exoskelett zehn DC RE 40 Motoren von Maxon Motor verwendet. Dieser Typ bietet eine Leistung von 150 W und hat einen Wirkungsgrad von über 90 %. Die mechanisch kommutierten DC-Gleichstrommotoren zeichnen sich durch ein günstiges Drehmomentverhalten, hohe Dynamik, einen großen Drehzahlbereich und durch ihre lange Lebensdauer aus. Ihr Herzstück ist der weltweit patentierte eisenlose Rotor, der den Rastmoment-freien Lauf des Antriebs gewährleistet. Die Schweizer Motoren im Medizinprodukt sollen die Sicherheit der Person gewährleisten.

Das Exoskelett wiegt in seiner heutigen Bauart 38 kg, wobei der Anwender nichts von diesem Gewicht trägt. Es wird mithilfe eines integrierten und austauschbaren Akkus betrieben, der bei Dauerbetrieb rund zwei Stunden durchhält. Mit Joystick und einem Kontrollpad wird Rex gesteuert und unterscheidet sich damit von anderen Exoskeletten, deren Steuerung häufig über Sensoren erfolgt. Einen großen Vorteil der Joystick-Bedienung sehen die Entwickler darin, dass der Nutzer das Exoskelett auch dann bewegen kann, wenn er selbst über keine Bewegungs- oder Nervenfunktionen im Bein mehr verfügt. In ein paar Jahren könnte vielleicht sogar eine Steuerung über Impulse aus dem Gehirn möglich sein.

Mit etwa 3 m pro Minute ist Rex zwar nicht sehr schnell, aber dafür kommt der Nutzer sehr sicher voran. Den Halt verliert er dabei nicht – denn egal, ob eingeschaltet oder ausgeschaltet, das Exoskelett bleibt immer stabil. So kann der Patient auch in einem belebten Umfeld, wie bei einer Sportveranstaltung oder einem Konzert, stehen, ohne Sorge zu haben, dass er umgeworfen wird. Rex erfordert auch keine zusätzlichen Hilfsmittel wie Krücken, sodass Arme und Hände völlig frei verwendet werden können.

Derzeit wird Rex von rund 18 Personen in Neuseeland genutzt, monatlich kommen neue Anwender hinzu. Einer von ihnen ist Mitch Brogan, der bei einem unverschuldeten Unfall einen Bruch der Wirbelsäule erlitt und seither auf den Rollstuhl angewiesen ist. Er sagt über seine ersten Versuche mit dem Exoskelett: „Meine Wangen schmerzten schon von meinen ewigen Lachen, und ich wusste, dass sich mein Leben für immer verändert hat.“

Anja Schütz Maxon Motor, Sachseln/Schweiz

Weitere Informationen Über das neuseeländische Unternehmen Rex Bionics: www.rexbionics.com Über den schweizerischen Antriebsspezialisten Maxon Motor: www.maxonmotor.ch