Exosuit erleichtert älteren Menschen das Aufstehen

Das Aufstehen von einem Stuhl ist ein eingespielter Bewegungsablauf. Im Alter kann er jedoch schwieriger werden. Gründe dafür sind schwächer werdende Hüft- und Beinmuskeln sowie eine schlechtere Koordination. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben deshalb einen weichen und leichten Exosuit entwickelt, der die Hüftstreckung mithilfe künstlicher Sehnen unterstützt.

Der robotergestützte Anzug soll einen Teil des notwendigen Kraftaufwands übernehmen und dabei intuitiv sowie synchron auf die Körperbewegungen reagieren. „Wir nutzen maschinelles Lernen, um den Menschen genau im richtigen Moment die notwendige Unterstützung zu bieten“, erklärt Forscherin Dr. Xiaohui Zhang vom Lehrstuhl für Intelligente Bio-Robotische Systeme der TUM School of Computation, Information and Technology.

Für die Entwicklung des Systems und das Training des Algorithmus sammelten die Forschenden zunächst Bewegungsdaten einer Gruppe junger, gesunder Personen. Mit zusätzlichen Nutzungsdaten lässt sich das System weiter verfeinern.

Wie erkennt der Exosuit die Bewegungen?

Wie aus der Mitteilung der TUM hervorgeht, lässt sich das Robotersystem wie ein Anzug innerhalb weniger Minuten an- und ausziehen. Es besteht aus zwei Oberschenkelriemen, einem Hüftgurt sowie künstlichen Sehnen. Diese führen zu einem kleinen Motor, der ähnlich wie ein Rucksack am Rücken getragen wird.

Zwei Sensoren an den Oberschenkeln messen die Beinbewegungen. Erkennt das System, dass die Person aufsteht oder geht, zieht der Motor an den künstlichen Sehnen und unterstützt dadurch die Hüfte.

„Die Sensoren erfassen die Bewegungen der Nutzerin oder des Nutzers in Echtzeit und senden diese Informationen an die Steuerung, die dann den Motor aktiviert“, erklärt Zhang.

TU München und MIT kooperieren

Das Munich Institute of Robotics and Machine Intelligence der Technischen Universität München (TUM MIRMI) und das Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory des Massachusetts Institute of Technology (MIT CSAIL) vertiefen ihre Zusammenarbeit in der KI-basierten Robotik. Gefördert mit über einer Million Euro entstehen Forschungs-Tandems für neue KI-Modelle und nachhaltige robotische Fertigungsprozesse.

Redaktion Automation NEXT

Exosuit im Test mit älteren Erwachsenen

An der wissenschaftlichen Studie nahmen zehn ältere Erwachsene „mit eingeschränkter Funktionsfähigkeit der unteren Extremitäten“ teil. Sie waren zwischen 69 und 85 Jahre alt. 

Mit Unterstützung des Exosuits fiel ihnen das Aufstehen leichter. Einige Teilnehmerinnen und Teilnehmer absolvierten bis zu vier zusätzliche Sitz-Steh-Zyklen pro Minute. Gleichzeitig verkürzte sich die Zyklusdauer um bis zu 21,9 %. Im Durchschnitt standen die Personen der Versuchsgruppe 18 Mal pro Minute auf und damit zwei Mal mehr als zuvor.

Auch beim Gehen zeigte sich ein Effekt. Der Stoffwechselaufwand sank im besten Fall um 27,5 %, im Durchschnitt waren es 14 %.

Wie autonom fühlten sich die Testpersonen?

Neben den gemessenen Werten untersuchten die Forschenden die subjektiven Eindrücke. Obwohl die Testpersonen einen robotergestützten Assistenzanzug trugen, empfanden sie ihre Bewegungen weiterhin als selbstbestimmt.

„Auf einer 7-Punkte-Skala bewerteten sie ihr Gefühl der Eigenverantwortung mit über 6, was auf ein hohes Maß an wahrgenommener Autonomie hindeutet“, sagt Forscherin Zhang. „Es ist klasse zu sehen, dass unsere Algorithmen den Menschen tatsächlich im Alltag helfen können.“

Exosuit lässt sich über normaler Kleidung tragen

Der Exosuit ist darauf ausgelegt, sich ähnlich wie ein normales Kleidungsstück nutzen zu lassen. „Die Menschen haben unseren Roboteranzug getragen und berichten, dass er nicht als störend empfunden wird und bequem über normaler Kleidung getragen werden kann“, erklärt Prof. Lorenzo Masia, Geschäftsführer des TUM MIRMI Robotics Institute und Leiter des Lehrstuhls für Intelligente Bio-Robotische Systeme.

Vorgesehen ist die robotische Assistenz für ältere Menschen, die länger selbstständig bleiben möchten. Darüber hinaus soll der Exosuit in der Rehabilitation zum Einsatz kommen.