Es wiegt nur 16 kg, das modulare Exoskelett des Schweizer Unternehmens Twiice aus Lausanne. Denn seine Entwickler wollten zunächst vor allem auf eine Lösung hinaus, die für Kinder und kleinwüchsige Menschen mit Rückenmarksverletzung eine Hilfe sein sollte. Im Februar 2015 starteten die Fachleute um Dr. Tristan Vouga, Mitbegründer und Geschäftsführer von Twiice, am Laboratoire de Systèmes Robotiques (LSRO) der Eidgenössisch Technischen Hochschule Lausanne (ETHL) ihre Arbeit.
Wie Exoskelette helfen
„Es gibt viele physiologische Auswirkungen, die durch die regelmäßige Verwendung eines Exoskeletts gemildert werden können“, sagt Vouga. Wer durch eine Querschnittslähmung nicht mehr selbstständig handeln kann, verliert soziale Kontaktmöglichkeiten und riskiert psychische Probleme. Es gibt auch zahlreiche sekundäre Gesundheitsprobleme, vom Verlust der Darm- und Blasenfunktion bis hin zu neuropathischen Schmerzen und geringerer Knochenmineraldichte.
Passionierter Skifahrer stieß die Weiterentwicklung an
Doch das modular aufgebaute Exoskelett war für Überraschungen gut: Im Zuge der Entwicklung stellten die Entwickler fest, dass sie ihren Ansatz auch problemlos auf erwachsene Patienten übertragen konnten – und sogar auf solche mit recht speziellen Wünschen. Ein Patient war bis zu seiner Lähmung beispielsweise begeisterter Skitourengänger. Er wünschte sich sehr, diesem Hobby wieder nachgehen zu können. „Daraufhin entwickelten unsere Ingenieure eine Modifikation von Twiice“, sagt Vouta. Dieser Typ mit der Bezeichnung Wiite ist so gestaltet, dass Skischuhe am Skelett befestigt werden können, um Touren zu gehen. An weiteren Innovationen, mit denen sich das Exoskelett an andere Bedürfnisse und Wünsche anpassen lässt, arbeitet Twiice bereits.
Keine Bewegung im Exoskelett ohne Kontakt zur Steuerung
Damit die motorisierten Gelenke aber auch das machen, was der Träger über die Steuerung vorgibt, ist eine zuverlässige Übertragung zwischen Steuerung und Gelenk essenziell. Bereits während der Entwicklung ging Twiice dafür eine enge Kooperation mit Fischer Connectors GmbH aus Zorneding ein. „Es war uns besonders wichtig, dass die Steckverbinder nicht nur zuverlässig sind, sondern auch robust genug für alle Witterungen“, erklärt Vouga. Weitere Anforderungen: Sie mussten so kompakt sein, dass sie sich problemlos in das Exoskelett einfügen lassen, ohne hervorzustechen. Im Exoskelett werden daher heute zwei Arten von Steckverbinden verwendet: der Fischer Core Alu Lite und der Fischer Freedom.
Die Steckverbinder aus der Serie Fischer Freedom verbinden die Handsteuerung und das Rückenteil. Die Befehle werden so an die Schaltzentrale im Rückenteil übertragen. Von dort gelangen sie über die Core-Alu-Lite-Steckverbinder an die Knie- beziehungsweise Hüftgelenke, wo die Elektromotoren die Gehbewegung auslösen.
Skifahren: Steckverbinder müssen vor Nässe und Schmutz geschützt sein
Die Steckverbinder der Freedom-Serie eignen sich besonders für eine solche Anwendung, da die Kontakte durch eine Membran nach Schutzklasse IP68 sicher vor Verunreinigungen und Nässe geschützt sind. Sie lassen sich einfach reinigen und verfügen dank der fehlenden Kodierung über eine unkomplizierte 360-Grad-Steckmöglichkeit. Das Kabelmanagement stellt sicher, dass alles am Platz bleibt und sich der Nutzer nicht in Kabeln verheddert. Die blind steckbare 360-Grad-Verriegelung macht den Steckvorgang intuitiv.
Die Steckverbinder der Core-Alu-Lite-Serie aus verchromtem Aluminium sind ebenfalls dicht nach IP68 und rund 50 % leichter als vergleichbare Produkte aus Messing. Das ist für mobile Anwendungen besonders interessant. An die Bedürfnisse von Twiice wurden die Steckverbinder in Größe und Gehäuseformen angepasst.
Exoskelette im Test beim Cybathlon
Wie gut moderne technische Assistenzsysteme Menschen mit Behinderung bei alltagsrelevanten Aufgaben unterstützen, zeigt der Cybathlon der ETH Zürich. Im Jahr 2020 errangen das Team von Twiice und die Sportlerin Silke Pan die Silbermedaille in der Disziplin „Powered Exoskeleton Race (Exo)“. Die Teilnehmenden tragen ein Exoskelett und absolvieren möglichst schnell einen Parcours und steigen Treppen hinauf- und hinunter und bewältigen Alltagsaufgaben.
Die Anwendungsideen für das Exoskelett von Twiice sind noch nicht ausgeschöpft: „Unser Team“, sagt Vouga, „arbeitet kontinuierlich an neuen Modifikationen, um den Menschen noch mehr Möglichkeiten bieten zu können.“
Treppensteigen oder Skifahren: Das Exoskelett bietet Unterstützung(Bild: Twiice)
Über das Exoskelett
Das Exoskelett von Twiice verfügt über motorisierte Gelenke auf Hüfthöhe und an den Knien. Weiche Oberflächen stützen den Oberkörper, die Oberschenkel und die Beine. Mittels Elektromotoren können die Knie und die Hüfte gebeugt und gestreckt werden, was die Bewegungen beim Gehen nachahmt. Auch komplexere Bewegungen wie das Treppensteigen sind so durchführbar.
Die Batterien im Rückenteil liefern Energie für bis zu 2 h ununterbrochener Gehbewegungen. Ersatzbatterien mit einem Gewicht von weniger als 1 kg pro Satz kann der Nutzer in einem gesonderten Rucksack mitführen.
Ein spezielles Elektroniksystem steuert die Bewegungen des Exoskeletts und führt die Anweisungen des Trägers zuverlässig und sicher aus. Die Anweisungen erhält das System über eine Handsteuerung. Da jede Behinderung einzigartig ist, war es den Twiice-Ingenieuren wichtig, eine modulare Hilfe zu entwickeln, die je nach Körperform und Art der Beeinträchtigung für verschiedene Nutzinnen und Nutzer einfach angepasst werden kann.
Kontakt zum Hersteller der Steckverbinder:
Fischer Connectors GmbH
Georg-Wimmer-Ring 10
85604 Zorneding
Tel. +49 (0)81 06-37 72 20
