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Roboter-Exoskelett: Ein Stück mehr Lebensqualität für Gehbehinderte : Ausgabe 02/2013, 05.10.2013

Zu Fuss unterwegs dank Rex

Weltweit gibt es schätzungsweise 185 Millionen Menschen, die täglich einen Rollstuhl nutzen. Eine in Auckland/Neuseeland ansässige Firma hat eine zukunftsweisende Robotertechnologie entwickelt, die mobilitätseingeschränkten Menschen wieder auf die Beine hilft: das Roboter-Exoskelett von Rex Bionics. Die integrierten maxon-Motoren sorgen für den gleichmässigen Antrieb der Gliedmassen.

Autor: Anja Schütz, Redaktorin maxon motor AG

Hayden Allen ist ein ganz normaler junger Mann aus Neuseeland. Seit einem Motorrad-unfall, bei dem sein Rückenmark verletzt wurde, ist er an den Rollstuhl gebunden. Die Ärzte sagten ihm damals, dass er wohl nie wieder laufen werde. Doch das stimmte nicht. Hayden ist einer der ersten Nutzer des Robotic Exoskeletts (Rex). Als er das erste Mal seine Roboterbeine anprobierte, sagten Freunde zu ihm, dass er beim Laufen aufhören solle, auf seine Füsse zu schauen. «Ich konnte einfach nicht aufhören, meine sich bewegenden Füsse anzustarren», beschreibt Hayden seine ersten Schritte mit Rex. Die Roboterbeine gaben ihm wieder Lebensqualität und neue Lebensperspektiven zurück. Für ihn sonst unzugängliche Orte waren auf einmal wieder zugänglich. So kann er in seinem Job als Mechaniker auch wieder stehende Tätigkeiten und diverse Freizeit-aktivitäten ausüben.

Persönliche Betroffenheit macht erfinderisch

Vor rund neun Jahren kam den beiden Rex-Bionics-Gründern Richard Little und Robert Irving die Idee, diese Art von Roboterbeinen zu entwickeln. Die Gründe dafür lagen auf der Hand: Bei Robert Irving wurde schon damals Multiple Sklerose diagnostiziert und für ihn ist klar, dass er früher oder später im Rollstuhl landen wird. Beide haben aus-serdem Mütter, die im Rollstuhl sitzen, und können sich somit sehr gut in diese Welt voller Barrieren hineinversetzen. Die beiden Freunde beschlossen, dass sie ihr Inge-nieurs-Know-how dazu nutzen wollten, eine Maschine für Menschen zu entwickeln, die normalerweise einen Rollstuhl brauchen, um sich zu bewegen. So wurde das neuseeländische Unternehmen geboren.

Exoskelett hilft beim Gehen und trainiert die Beine

Ein Exoskelett stützt den menschlichen Körper von aussen und erlaubt Menschen mit Bewegungseinschränkungen so das Gehen wieder. Ausserdem trainiert der Laufprozess auch die Beine. Rex sorgt dafür, dass diese Menschen wieder stehen, laufen, aufstehen, sich umdrehen und sich selbstständig hinsetzen können. Seitwärtsbewegungen, Treppensteigen und das Gehen auf Steigungen und Abhängen sind ebenfalls problemlos ausführbar. Zwar sind die bionischen Beine kein voller Ersatz für den Rollstuhl, aber so ist der Anwender beispielsweise wieder in der Lage, auch stehend seine Arbeiten zu verrichten.

Allein einem Menschen im Gespräch wieder in Augenhöhe gegenüberzustehen, ist für diese Menschen ein unglaubliches Erlebnis. «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 motiviert das ganze Rex-Team», sagt der Mitbegründer Richard Little.

Steuerung mit Joystick und Kontrollpad statt mit Sensoren

Aktuell gibt es zwei Rex-Varianten für unterschiedliche Bedürfnisse, die Rex Bionics inzwischen in zwei Fertigungsstandorten herstellt. «Rehab Rex» ist für den Einsatz in Rehabilitations-Centern gedacht. «Rex» wurde für den privaten Nutzer entwickelt, der damit Aufgaben erledigen kann, die bisher im Rollstuhl nicht ausführbar waren. Die grössten Herausforderungen im Entwicklungsprozess waren laut Richard Little die Entwicklung der sehr komplexen Robotik-Plattform, welche gleichzeitig sehr leicht sein sollte. Ausserdem war es eine Grundvoraussetzung, dass der Nutzer mit seiner eingeschränkten körperlichen Verfassung perfekt mit den extern montierten Roboter-beinen harmoniert und sich sicher halten und bewegen kann.

Das Exoskelett wiegt 38 kg, wobei der Anwender nichts von diesem Gewicht trägt. Ein integrierter und austauschbarer Akku, welcher bei Dauerbetrieb rund zwei Stunden durchhält, betreibt das Skelett. Mit einem Joystick und einem Kontrollpad steuert der Nutzer Rex – bei anderen Exoskeletten erfolgt die Steuerung häufig über Sensoren. So sind für die Steuerung des Exoskeletts keine Nervenfunktionen notwendig. Mit etwa 3 m/min ist Rex zwar nicht sehr schnell, aber dafür kann sich der Nutzer sehr sicher vorwärtsbewegen. Den Halt verliert er dabei nicht – denn, egal ob eingeschaltet oder ausgeschaltet, das Exoskelett bleibt immer stabil, so kann der Anwender auch in einem belebten Umfeld, wie bei einer Sportveranstaltung oder einem Konzert, stehen, ohne Sorge zu haben, dass ihn jemand umwirft. Rex erfordert zudem keine zusätzlichen unterstützenden Hilfsmittel wie Krücken, sodass der Nutzer seine Arme und Hände völlig frei verwenden kann.

Zehn starke Motoren sorgen für sichere Bewegungsabläufe

Rex ist ein hochkomplexes elektromechanisches Gerät – jedes Exoskelett enthält Tausende von Präzisionsteilen inklusive der Gliedmassen, die ein Netzwerk von 29 Mikrocontrollern steuert. Die spezielle Anordnung der Mikrocontroller in Rex erlaubt es, sich innerhalb von Sekunden zu bewegen und zu reagieren. Dabei fühlen sich die Bewegungen von Rex für den Anwender immer gleichmässig an. Für diesen ruck- freien Bewegungsablauf sorgen maxon-Motoren. Sie sind verantwortlich für alle Bewegun- gen der Gliedmassen, die sich in exakt der gleichen Weise bewegen wie ein menschliches Bein. Pro Exoskelett kommen zehn DC RE 40-maxon-Motoren zum Einsatz. Der RE 40 verfügt über kraftvolle 150 W und hat einen Wirkungsgrad von über 90 Prozent. Die mechanisch kommutierten DC-Gleichstrommotoren zeichnen sich speziell durch ein günstiges Drehmomentverhalten, hohe Dynamik, einen extrem grossen Drehzahlbereich und durch ihre lange Lebensdauer aus.

Qualität, Grösse und Leistung der Motoren zählen

Herzstück des Motors ist der weltweit patentierte eisenlose Rotor, welcher den rastmomentfreien Lauf des Antriebs gewährleistet. Rex Bionics hat sich bewusst für die Qualität der maxon-Motoren entschieden, da es sich bei Rex um ein hochsensibles Medizinprodukt handelt und die Sicherheit der Person im Vordergrund steht. Die grösste Herausforderung an die Motoren bestand dabei darin, Qualität, Grösse und Leistung unter einen Hut zu bringen. Momentan nutzen rund 18 Personen in Neuseeland Rex, und monatlich kommen neue Anwender hinzu, die dann auch wie Mitch Brogan sagen können: «Meine Wangen schmerzten schon von meinem ewigen Lachen und ich wusste, dass sich mein Leben für immer verändert hat.»

Infoservice


maxon motor ag
Brünigstrasse 220, 6072 Sachseln
Tel. 041 666 15 00, Fax 041 666 16 50
info@maxonmotor.com, www.maxonmotor.com

Hayden Allen aus Neuseeland ist einer der ersten Rex-Nutzer


Zehn DC RE 40-maxon-Motoren pro Exoskelett sorgen für gleichmässige Bewegungen

Quick-Link

Video über Hayden Allen und seine ersten Schritte mit Rex www.polyscope.ch/maxon_rex