Bionik Intelligente Exoskelette: Wie das industrielle IoT gesündere Arbeitsplätze schafft

Exoskelette sind bereits heute eine echte Unterstützung, wenn es darum geht, schwere Lasten von Menschenhand zu bewegen, da Roboter nicht helfen können. Verknüpft man die maschinellen Muskeln mit dem IoT, könnten diese ihren Träger noch zielgerichteter unterstützen.

Science-Fiction-Fans kennen Exoskelette bereits seit 1986 – dem Jahr, in dem James Camerons Blockbuster Aliens in die Kinos kam. Unvergesslich bleibt der Endkampf, in dem die Protagonistin Ripley die Alien-Königin mithilfe eines am Körper tragbaren Roboters und der automatischen Luftschleuse ins All befördert. Rund dreißig Jahre später sind solche mit dem Körper verbundenen Systeme unter den Begriffen Exoskelett oder wearable robotics zur Realität geworden – wenn auch vornehmlich mit anderem Fokus.

Exoskelette kombinieren menschliche Intelligenz mit maschineller Kraft, indem sie die Bewegungen des Trägers unterstützen oder verstärken und dadurch Überlastungen und Verletzungen vorbeugen.
Exo- oder Außenskelette – so die gängige Definition – werden heute vor allem für drei Anwendungsszenarien entwickelt: In der Medizin sind sie bei der Rehabilitation und als Gehhilfen bereits kommerziell erfolgreich. Im militärischen Einsatz sollen sie zukünftig Soldaten leistungsfähiger machen, die im Einsatz schwere Lasten über lange Strecken und unebenes Gelände transportieren oder in Katastrophengebieten Verletzte bergen müssen. Das größte Potenzial für ihren Einsatz sehen Experten aber derzeit in Bereichen, in denen menschliche Arbeit nicht sinnvoll durch Vollautomatisierung oder Robotik-Systeme ersetzbar ist. Hierzu zählen Arbeitsprozesse in der Logistik, der industriellen Produktion, beispielsweise in der Automobilbranche, aber auch körperlich schwere Arbeiten am Bau oder in der Pflege.

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Volkskrankheit: Rückenschmerzen

Die „Sollbruchstelle Rücken“ ist immer noch eines der weltweit drängendsten Gesundheitsprobleme. Rund 540 Millionen Menschen weltweit leiden heute unter Schmerzen im unteren Rückenbereich. Am häufigsten trifft es Menschen mittleren Alters, im Durchschnitt häufiger Frauen als Männer. Rückenschmerzen sind der Hauptgrund für Berufsunfähigkeit.

Ursachen sind zumeist körperliche Fehlbelastungen beim Heben und Tragen im Beruf. Nach Angaben der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAuA) sind Muskel- und Skeletterkrankungen – kurz MSE – für 23  Prozent aller Arbeitsunfähigkeitstage in Deutschland verantwortlich und führen jährlich zu geschätzten 10 Milliarden Euro Produktionsausfall sowie 17  Milliarden Euro Ausfall an Bruttowertschöpfung.

Doch ist unsere Arbeitsgesellschaft weit davon entfernt, sämtliche ergonomisch schwierigen Arbeiten von Robotern erledigen zu lassen. Eine wichtige Erkenntnis der jüngeren Zeit ist, dass nicht jede Art von menschlicher Arbeit ökonomisch sinnvoll durch Vollautomatisierung beziehungsweise durch Robotik-Systeme ersetzbar ist. Exoskelette können hier Abhilfe schaffen – sei es beim Heben schwerer Lasten im Logistik-Bereich, in der Pflege oder in der Produktionsstraße. Sie kombinieren menschliche Intelligenz mit maschineller Kraft, indem sie die Bewegungen des Trägers unterstützen oder verstärken und dadurch Überlastungen und Verletzungen vorbeugen.

Vor dem Hintergrund eines latenten Fachkräftemangels zieht deshalb auch die Nachfrage nach Exoskeletten stark an: So prognostiziert etwa das unabhängige ABI Research-Institut bis 2028 ein Marktvolumen von 5,8 Mrd. US-Dollar. Neben Herstellern aus Japan, Korea und den USA sind auch europäische Anbieter mit im Rennen um den Milliarden-Markt.

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Exoskelette müssen lernfähig werden

Bisher wurde der kommerzielle Durchbruch der Technologie vor allem durch zwei Faktoren verlangsamt: Einerseits lag dies am Fehlen von Daten, auf deren Grundlage die absolute Entlastung, die Exoskelett-Systeme ihren Träger erbringen, erhoben werden konnte. Ohne diese Quantifizierung und den daraus ableitbaren gesundheitlichen Nutzen für Mitarbeiter fehlten aber objektive Argumente für die Investition in die neuartige Technologie.

Andererseits gab es, aufgrund hoher F&E-Kosten, einen relativen Stillstand bei der Weiterentwicklung, was unter anderem daran festzumachen ist, dass bisher nur wenige Anbieter den Entwicklungsschritt von passiven Systemen, also rein mechanischen Exoskeletten, zu aktiven intelligenten Roboter-Exoskeletten technologisch vollziehen konnten. In Europa ist dies bisher German Bionic mit dem vernetzen Cray X, einem aktiven Rücken-Exoskelett, sowie Bioservo aus Schweden, das eine Software-gesteuerte pneumatische Greifhilfe entwickelt hat, gelungen. Im nächsten Entwicklungsschritt auf dem Weg zu einer wirklichen bionischen Revolution müssen Exoskelette darüber hinaus lernfähig werden, was wiederum Nutzungsdaten erfordert.

Exoskelette, die die nächste Stufe der binomisches Revolution zünden können, müssen deshalb zuerst an das industrielle Internet der Dinge (IIoT) und damit an die Smart Factory angebunden werden. Durch die Auswertung von Nutzerdaten, hierzu zählen beispielsweise Sensorik-Daten, können so zukünftig nicht nur die absolute Entlastung der Exoskelett-Nutzer quantifiziert werden. Daten und die dazugehörigen Schnittstellen sind auch wichtig, um Forschungseinrichtungen mit Herstellern zu vernetzen, mit dem Ziel interdisziplinäre Grundlagenforschung betreiben zu können. Darüber hinaus wird durch die Vernetzung der Exoskelette die Datengrundlage für maschinelles Lernen und KI-Fähigkeiten gelegt. Das bedeutet in der Folge, dass Exoskelette intelligent werden können und sich an die Bedürfnisse ihrer Nutzer anpassen – was den Menschen letztendlich nachhaltig gesünder hält und ihn wieder in das Zentrum der Industrie 4.0. rückt.

Im Interview mit Samsungs Corporate President Young Sohn spricht Armin Schmidt unter anderem über die aktuelle Version des Exoskeletts von German Bionic.

* Armin G. Schmidt ist Gründer und CEO von German Bionic.

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