Exoskelett „Was ist das?“: Das Wort Exoskelett stammt aus dem Griechischen und beinhaltet die Wörter „Exo“ (außen) und „Skeletos“ (ausgetrockneter Körper). Als ein Exoskelett (auch Roboteranzug genannt) bezeichnet man ein Gerüst, meist mechanisch und durch Motorunterstützung, welches am Außenkörper eines Menschen angebracht wird und dem Tragenden als Stützkorsett dient. Exoskelette werden zukünftig auch unter der Rubrik Augmented Mobility populärer.
Kurz und knapp:
Exoskelette können die Leistung von nicht beeinträchtigten Benutzern steigern und die Bewegung von Personen mit Gehbehinderungen wiederherstellen.
Als Ingenieursvorlage der Biomechanik diente das Tierreich, denn primär nutzen Gliedertiere Exoskelette, u.a. Krebse und Spinnentiere, da Gliedertiere kein inneres Skelett aufweisen, sondern diese Art von Exoskeletten (Außenskelett) zur Stabilisierung nutzen. Der wahrscheinlich erste protokollierte Versuch, ein modernes mechanisches Exoskelett zu bauen, war der Hardiman, ein erfolgloser experimenteller Prototyp von General Electric aus dem Jahr 1965. Der Hardiman sollte es ermöglichen, dass der Anwender bis zu 680 kg schwere Lasten tragen sollte. Der Anwender konnte das Exoskelett jedoch nicht kontrollieren, sodass das Projekt wieder eingestellt wurde. Als erstes Forschungsinstitut weltweit hat es das Fraunhofer Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik geschafft, einen Laufsimulator namens „HapticWalker“ zu entwickeln, der Schlaganfallpatienten das Wiedererlernen des Gehens ermöglichen soll. Das erste Exoskelett ohne Antrieb ließ sich der russische Erfinder Nicholas Yagn bereits im Jahre 1890 patentieren Es besteht aus zwei Blattfedern, die parallel zu den Beinen angeordnet sind, um die Laufgeschwindigkeit der Infanterie zu verbessern.
Entwicklung bis heute:
Neben anderen Fortschritten im späten zwanzigsten und frühen einundzwanzigsten Jahrhundert ermöglichte die Finanzierung durch das Exoskeleton for Human Performance Augmentation Program 6 der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) der USA die Entwicklung tragbarer Roboter für die unteren Extremitäten (insbesondere das Exoskelett für die unteren Extremitäten von Berkeley und der Sarcos Guardian XO, um die Kraft zu erhöhen und den Kraftaufwand während des Lastentransports zu verringern). Die Technologie wurden dann auf andere Gebiete adaptiert, u.a. für die Rehabilitation und die Industrie.
Die Exoskelett Funktionsweise leicht erklärt: Die heutigen Exoskelette sind leicht montierbar und werden in der Industrie 4.0 als Form der betrieblichen Gesundheitsvorsorge sowie in der Medizin eingesetzt. Speziell in der medizinischen Reha (Rehabilitation) werden diese motorunterstütze Exoskelette für die unteren Extremitäten verwendet. Beispielsweise Patienten mit einer Querschnittsymptomatik, Multipler Sklerose oder Lähmungen nach einem Schlaganfall können von einem Training mit dem System profitieren.
Es gibt Exoskelette Oberkörper Systeme und Exoskelett Roboter für die Beine sowie Exoskelett Handschuhe.
In der medizinischen Reha, z.B. in Rehakliniken werden Exoskelette auf zeitlich festgelegte lokale Behandlungen begrenzt. Hier dienen sie beispielsweise als Trainingsgerät für die Dauer der stationären oder ambulanten Reha Maßnahme.
Durch technische Weiterentwicklungen in Form von verbesserter Antriebstechnik sowie langhaltenden Akkus, werden Exoskelette mittlerweile auch im persönlichen Gebrauch verwendet. Tragende können dadurch wieder selbstständig stehen, gehen und sich unabhängiger von Dritten machen. Diese modifizierten Exoskelette sind für den dauerhaften Einsatz und persönlichen Gebrauch im privaten alltäglichen Umfeld geeignet und werden dort mittlerweile auch angewandt.
In der medizinischen Anwendung, z. B. nach einer Querschnittlähmung kann ein Exoskelett eine zusätzliche Möglichkeit zur Hilfsmittelversorgung sein, wenn die strukturellen und funktionellen Eigenschaften des neuromuskulären und skelettalen Systems zu stark eingeschränkt sind, um eine Mobilisierung durch eine Orthese erreichen zu können.
Bei Patienten mit kompletter Querschnittlähmung werden Exoskelette unter diesem Kriterium für Läsionshöhen oberhalb des Brustwirbels als Alternative für eine Orthese verwendet.
Bei Patienten mit inkompletter Querschnittlähmung sind Orthesen sogar für Läsionshöhen oberhalb T12 geeignet, um die eigene Aktivität des Patienten so weit zu fördern, dass die Mobilisierungsmaßnahmen erfolgreich sein können.
Der Aufbau des Exoskeletts ist von der Anwendung sowie der zu unterstützenden Körperregion abhängig. Hierbei sind Exoskelette in Bezug auf ihre Kraftunterstützung in zwei Typen zu unterteilen: Passive und aktive Exoskelette.
Während aktive Exoskelette ihre Kraftunterstützung elektrisch oder pneumatisch erbringen, passiert dies bei den passiven Varianten mechanisch mit Federn. Passive Exoskelette benötigen keine externe Energieversorgung. Bei aktiven Exoskeletten wird zwischen mitzutragenden Akkus oder Gasflaschen und stationären Versorgungen wie Stromnetz oder Druckluftsystemen unterschieden.
Exoskelette gibt es für Hände, Arme, Schultern, Rumpf sowie Beine.
Exoskelette werden je nach ihrer Unterstützungsfunktion unterteilt: die zur Kraftunterstützung, die zur Erhöhung der Ausdauer des Trägers und die für eine höhere Bewegungsgeschwindigkeit.
Aktive Exoskelette wiegen deutlich mehr als die passiven. Sie starten bei 15 kg bis 25 kg.
Leichte, passive Exoskelette dienen häufig zur Haltungskorrektur (beim Heben oder Sitzen) oder als Abstützung des Gewichts von Werkzeugen bei Überkopfarbeiten. Aktive Exoskelette bieten die Möglichkeit, den Träger bei Hebearbeiten zu entlasten.
Grundsätzlich lassen sich Exoskelette hinsichtlich ihrer Art der Kraftunterstützung in zwei Typen unterteilen: Passive und aktive Exoskelette.
Passive Exoskelette unterstützen den Träger anhand mechanischer Hilfsmittel wie z. B. durch Feder- oder Seilzugsysteme. Energie wird mechanisch mittels Federn gespeichert, wobei die potenzielle Energie, mit der die Federn bei einer bestimmten Bewegung eines Körperteils vorgespannt werden, in weiterer Folge die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter bei der Gegenbewegung unterstützt. Sie kommen also ohne den Einsatz von Motoren und Sensorik aus, sind meist leichter oder leiser und deutlich einfacher aufzubauen.
Aktive Exoskelette schaffen eine aktive mechatronische Kraftunterstützung bei einzelnen oder kombinierten physischen Belastungen. Da sie pneumatisch oder durch Motoren betrieben werden, mit Strom versorgt werden und meist modular aufgebaut und erweiterbar sind, weisen sie eine wesentlich höhere Komplexität, Gewicht und Einweisung auf. Die Energieversorgung erfolgt bei aktiven Exoskeletten meist elektrisch. Entweder befindet sich ein integrierter Akku in der Stützstruktur oder das Exoskelett ist direkt am Stromnetz angeschlossen. Darüber hinaus kann der Antrieb auch pneumatisch erfolgen.
Ein passives Exoskelett erhält seine Energie über die Vorspannung einer Federmechanik oder eines Gummizugs, die über die eigene Muskelkraft nach jeder Kraftunterstützung in der entgegengesetzten Richtung in das Exoskelett zurückgeführt werden muss. Folge: Die Kraft wird umverteilt und steht für die nächste Lastbewegung wieder zur Verfügung. Dadurch wird die Belastung besser auf natürliche Bewegungsabläufe des menschlichen Körpers angepasst. Das Exoskelett steuert beim Überkopf-Hebevorgang Kraft hinzu und stützt den Bewegungsapparat um Schultern und Arme.
In der Abwärtsbewegung wird die Aktuatorik für den nächsten Hebevorgang durch den Nutzer wieder in Spannung versetzt. Die verfügbare Unterstützungkraft des passiven Exoskeletts ist damit durch die von den Anwendern aufzubringende Kraft zur Vorspannung des Systems begrenzt. Für höhere Unterstützungsleistungen, bspw. beim Bewegen von schweren Lasten, müssten auch höhere Vorspannungen generiert werden. Das dauerhafte Spannen und Entspannen des Exoskeletts kann bei sehr monotonen und repetitiven Bewegungsabläufen sehr ermüdend sein.
Empfehlung: Bei einer in Höhe zu verwendenden Tätigkeit bis 45 Minuten am Stück, damit das Exoskelett die zu hebende Gewichtskraft des Werkzeugs als Äquivalent entgegensetz wirkt.
Häufig ist die Vorspannung variabel und kann anhand von Rändelmuttern oder Werkzeugen in Bezug auf Kraftniveau und maximale Federkraft individuell eingestellt werden. Das erlaubt zwar eine Anpassung der Unterstützungscharakteristik, allerdings nicht während des Arbeitsprozesses. Je nach Aufbau und Systemgestalt muss das passive Exoskelett dafür abgenommen und teilweise umgebaut werden, was zeitintensiv und häufig nicht praktikabel ist.
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Urheberrechtlich geschützt von Tom Illauer
Wissenschaftlich werden Exoskelette in der Rehabilitationsrobotik studiert und an vielen Universitäten empirisch erforscht. Speziell für therapeutische Zwecken ist es Teil eines interdisziplinären Forschungsgebietes. Besuchen Sie gerne unsere Rubrik Studien und forschende Universitäten mit Listen und Kontakten. Sie finden in unserer Übersicht eine Exoskelett Einsatz Übersicht.
Dies hängt speziell vom Hersteller und der Lösung ab, sowie von dem gewünschten Einsatzgebiet und Ihren Diagnosen oder Rahmenbedingungen. Auch wie Sie das Exoskelett tragen sollen, respektive wie ein Exoskelett Rückenschmerzen reduziert, finden Sie hier folgend:
Unabhängig davon gibt es einige gemeinsame Nenner, gleichwohl empfehlen wir dringend sich individuell beraten zu lassen:
Die Systeme wurden entwickelt für Personen mit kompletter oder inkompletter Querschnittlähmung, die sich mit den Händen und Schultern auf Unterarmgehstützen abstützen können. Faktoren wie ausreichende Knochendichte und Bewegungsumfang der einzelnen Gelenke (Hüfte, Knie, Fuß) sind vorab zu klären. Ein regelmäßiges Stehtraining (z.B. Stehtisch oder Stehrollstuhl) im Vorfeld ist hinsichtlich Stabilität des Herz-Kreislaufsystems und Rumpfkontrolle von Vorteil. Eine vom Arzt unterschriebene Unbedenklichkeitserklärung zur Testung (die Vorlage dazu erhalten Sie von uns) und eine aktuelle Messung der Knochendichte (DXA-Messung am Oberschenkel) ist für eine Erprobung erforderlich.
Eine Verwendung wird nicht empfohlen, wenn Patienten:
Potentiell kann das Hilfsmittel folgende Tätigkeiten vereinfachen: (Bitte lesen Sie Studien und lassen sich vom Arzt beraten! Laut Herstellerangaben:)
Die Systeme für den persönlichen Gebrauch sind leichte, am Körper tragbare Exoskelette mit Motoren an den Hüft- und Kniegelenken. Der Nutzer kontrolliert die Bewegungen mit geringfügigen Verlagerungen seines Körperschwerpunkts. Mittels eines Sensors wird die vorwärts Beugung des Oberkörpers vom System wahrgenommen, was den ersten Schritt initiiert. Durch eine wiederholte Verlagerung des Körpergewichts wird eine Reihe von Schritten ausgelöst, die den normalen Bewegungsablauf der Beine nachahmt.
Ein Exoskelett ist ein mechanisches Gerüst, das am Außenkörper eines Menschen angebracht wird und als Stützkorsett dient. Der Begriff „Exoskelett“ stammt aus dem Griechischen und bedeutet wörtlich übersetzt „außen“ (exo) und „ausgetrockneter Körper“ (skeletos). Ursprünglich inspiriert von Gliedertieren wie Krebsen, die ein Außenskelett zur Stabilisierung nutzen, hat die Biomechanik dieses Konzept übernommen. Heutzutage werden maschinell betriebene Exoskelette bereits in der Medizin, insbesondere im Bereich der Orthesen, eingesetzt. In der medizinischen Rehabilitation werden motorunterstützte Exoskelette für die unteren Extremitäten verwendet. Patienten mit Querschnittslähmung, Multipler Sklerose oder Lähmungen nach einem Schlaganfall können von einem Training mit solchen Systemen profitieren. Bisher wurden diese Geräte häufig für zeitlich begrenzte lokale Behandlungen, beispielsweise während einer stationären oder ambulanten Rehamaßnahme, eingesetzt. Dank Fortschritten in den Bereichen Antriebs- und Akkutechnik können nun Exoskelett-Systeme entwickelt werden, die vom Nutzer selbstständig bedient und zum selbstständigen Gehen genutzt werden können. Solche Exoskelette sind für den dauerhaften Einsatz im privaten alltäglichen Umfeld geeignet und werden dort mittlerweile angewandt. Weiterhin gibt es eine Vielzahl von beruflichen Lösungen, speziell Arbeitnehmer in der Logistik, Pflege und im Handwerk. Diese Lösungen konzentrieren sich auf Rücken- und Überkopfentlastungen, gleichwohl gibt es auch Produkte zum Greifen oder Sitzen.
Durch Motormechanik werden speziell die Bereiche vom Rücken bis zu den Knien entlastet und kausal unterstützt.
Die Kosten Exoskelett Modelle variieren stark. Dies hängt vom Fall der Einzelnen ab. In Frage kommen die Krankenkasse für beispielsweise das Training in einem Rehazentrum, die Krankenkasse bei u.a. Querschnittsgelähmten, Betriebskrankenkassen und Betriebsgenossenschaft bei beruflicher Eingliederung, Rentenversicherungsträger usw. Die Wahrscheinlichkeit für einen positiven Bescheid steigt mit der Wahrscheinlichkeit des Behinderungsausgleichs. Weiterhin spielt es eine Rolle, ob das Exoskelett kosmetisch oder funktionell unterstützen soll. Die meisten Exoskelette (außer ReWalk) haben keine Hilfsmittelnummer, was wiederum das Antragsverfahren erschwert, gleichwohl nicht unmöglich macht. Es gibt jedoch ein paar Anbieter für Exoskelette mit zertifizierter Erlaubnis das Exoskelett als Hilfsmittel mit der Hilfsmittelnummer (23.29.01.2001 und 23.29.01.3001) mit Krankenkassen oder Pflegekassen abzurechnen.
Alternativ gibt es auch einen treppensteigenden Rollstuhl mit Hilfsmittelnummer im Premium Bereich namens Scewo.
Sie wollen ein Exoskelett kaufen? Die Kosten für ein Exoskelett betragen durchschnittlich fünf- bis sechsstellige Summen. Die gängigen Exoskelett Preise zum persönlichen Gebrauch werden im Durchschnitt mit mind. 100.000 EUR abgerechnet. Sollte Ihre Kasse Ihren Antrag bewilligen, müssen Sie nur Ihre gesetzliche Zuzahlung bis maximal 10 € leisten. Sie möchten ein Exoskelett leihen? Das ist auch möglich. Sie können das Exoskelett mieten, egal ob Exoskelett mit Motor oder Exoskelett ohne Motor.
Dies hängt speziell vom Hersteller, dem Modell, dem Tragenden und dem Trainingsverlauf ab. Grundsätzlich kann man mit Exoskeletten eine Gehgeschwindigkeit von bis zu 4 km/h erreichen.
Die positive Wirkung von Exoskeletten ist in zahlreichen Studien analysiert und belegt worden. Hier finden sie weitere Informationen zu den Studien. Weiter unten sind diese auch nochmal für Sie gelistet.
Dies hängt speziell vom Modell und dem Einsatzgebiet ab. Militärische Exoskelette haben meist eine deutlich höhere Belastbarkeit. Grundsätzlich sollte man Exoskelette jedoch vor extremer Sonneneinstrahlung schützen (- 15 bis 45 Grad Celsius). Weiterhin sollte der direkte Kontakt mit Feuer, Glut und Hitze vermieden werden.
Ein Exoskelett kann ein sehr effektives Instrument zur Entlastung von schweren körperlichen Tätigkeiten, zum Beispiel des Rückenbereiches, sein.
Im Bereich der Medizin ein klares nein. Im Bereich der industriellen Verwendung „Jain“, denn sie entlasten eher als diese die eigene Leistung steigern, gleichwohl verbessern Exoskelette in der Industrie 4.0 die Ergonomie des Arbeitnehmers und somit erhöht sich die Mitarbeiterzufriedenheit, was die meisten Arbeitgeber leistungssteigernd empfinden.
Dies hängt von dem Modell ab. Industrielle Exoskelette können unter 30 Sekunden angelegt und abgelegt werden. Medizinische Exoskelette können innerhalb weniger Minuten (ca. fünf Minuten) verwendet werden.
Industrie:
Die Tragezeit von Exoskeletten ist nicht eingeschränkt. Durch das einfache An- und Ablegen können Exoskelette zwischenzeitlich einfach abgelegt werden, zum Beispiel bei der Rotation von Arbeitsplätzen oder in Pausen.
Medizin:
Die Tragezeit von Exoskeletten ist eingeschränkt. Man empfiehlt immer mal längere Pausen zu machen und die Tragedauer nicht über mehrere Stunden am Stück zu übertreffen.
Die Textilien eines Exoskeletts sind abnehmbar, waschbar und somit wiederverwendbar. Die Technik kann mit einem feuchten Tuch abgewischt werden.
Wir empfehlen eine persönliche Verwendung des Exoskeletts individuell. Nur so kann die optimale Wirksamkeit des Exoskeletts durch korrekte Einstellung am Gerät gewährleistet werden.
Des Weiteren sollte aus hygienischen Gründen von der Weitergabe an einen anderen Nutzer abgesehen werden.
In Summe haben wir auf unserer Plattform mehr als 75 Hersteller von Exoskeletten gelistet. Lesen Sie gern unsere Übersicht nach Anwendungsgebiet, Diagnose, Industrie usw. Hier ein paar Beispiele, führend in Deuts chland unserer Meinung nach sind OttoBock, Keeogo, ReWalk und Myomo. Exoskelette mit Antrieb werden momentan u. a. in den USA, Südkorea, Japan und Deutschland entwickelt. Nutzbare Modelle sind seit Anfang des Jahrtausends zuerst von militärnahen Einrichtungen entwickelt worden, über Einsätze liegen jedoch noch keine Berichte vor. Folgende Exoskelett Anbieter und Exoskelett Firmen haben wir u.a. gelistet:
Eine Übersicht aller Hersteller mit Filtermöglichkeiten finden Sie in unserer Exoskelett-Hersteller Übersicht.
Laut Deutscher Gesetzlicher Unfallversicherung: „Arbeitgeber sind auch hier zu einer Gefährdungsbeurteilung verpflichtet. Resultierend sind Schutzmaßnahmen inkl. Unterweisungen abzuleiten und umzusetzen. Insbesondere sind die Schutzziele und Anforderungen der Betriebssicherheitsverordnung sowie ggf. die Verordnung über Sicherheit und Gesundheitsschutz bei der Benutzung persönlicher Schutzausrüstungen bei der Arbeit zu berücksichtigen.“
Die gewerbliche Berufsgenossenschaft Handel und Warenlogistik in Deutschland bewertet den Einsatz von Exoskeletten durch Beschäftigte in ihrer Branche als „eine spannende Innovation, die aber noch Entwicklungsarbeit braucht“.
Es ist essentiell sich vor Bestellung intensiv beraten zu lassen, denn es könnte zu folgenden Problemen kommen:
Das Endoskelett ist der harte Teil im Körper, während das Exoskelett der harte Teil außerhalb des Körpers ist. Im Allgemeinen wird das Endoskelett vom Endoderm abgeleitet, während das Exoskelett vom Ektoderm abgeleitet wird. Endoderm ist die innerste Schicht und Ektoderm ist die äußerste Schicht der drei primären Keimschichten, die im sehr frühen Embryo vorkommen. Endoskelett findet man in Wirbeltieren und Exoskelett bei Arthropoden. Das Endoskelett ist lebendig und besteht aus Knochen und Knorpel, während das Exoskelett, ein nicht lebender Bestandteil, aus einer äußeren Hülle aus Chitin oder Calciumverbindungen besteht. Das hydrostatische Skelett ist ein in Würmern gefundenes Skelett auf Wasserbasis.
In Kürze veröffentlichen wir eine Austauschmöglichkeit für Betroffene auf der anonymen Plattform Discord. Bleiben Sie up to date und abonnieren Sie unseren Newsletter.
Vorteile des Exoskelett Mensch: Exoskelett Nachteile
Exoskelett Nachteile:
Ja! Nach einer unverbindlichen Beratung haben Sie die Möglichkeit das Exoskelett vor Ort in Ihrer Nähe bei einem zertifizierten Partner zu erproben. Wir holen gerne Angebote ein, je nach Exoskelett Einsatz, und erstellen eine Exoskelett Deutschland Partner Liste in Ihrer Nähe. Bevor Sie also das Exoskelett bestellen, prüfen Sie die Exoskelett Kostenübernahme und lassen Sie sich intensiv von uns, Ihrem Therapeuten, Arzt oder BG beraten.
Besuchen Sie unseren Widerspruchsservice mit zertifizierten Fachanwälten, hier finden Sie auch eine Übersicht aller gängigen BGH und Gerichtsurteile zum Thema Exoskelett.
Exoskelette sind nur eine Lösung von vielen, denn auch die Automatisierung könnte Exoskelette überflüssig machen. In Arbeitsbereichen mit stationären Arbeitsplätzen lassen sich diese in den meisten Fällen ergonomisch gestalten, sodass auf Exoskelette verzichtet werden kann. Weiterhin gilt die Gefährden Beurteilung, ob Exoskelette überhaupt einsetzbar sind. Exoskelette sind teuer und nicht wartungsfrei. Auch können Exoskelette nicht ISO frei sein. Denkbar wäre eine Zuordnung als technisches Hilfsmittel zur RL 2006/42/EG (Maschinenrichtlinie). So werden verbindliche Schutzziele beschrieben. Diese können bereits jetzt Anhaltspunkte für die Vermeidung von Gefährdungen für Sicherheit und Gesundheit beim Einsatz von Exoskeletten geben. In Deutschland wird diese EG-Richtlinie durch die Neunte Verordnung zum Produktsicherheitsgesetz (Maschinenverordnung – 9. ProdSV) in nationales Recht umgesetzt. Fehlfunktionen sind nicht vollständig auszuschließen, speziell bei aktiven Exoskeletten mit Elektronik oder mit pneumatischen Antrieben. Bei der Benutzung eines Exoskelettes können Gefährdungen im Zusammenhang mit Stolper- oder Sturzunfällen entstehen. Außerdem muss hinterfragt werden, in welcher Weise es möglich ist, aus einer plötzlich auftretenden Gefahrensituation mit einem angelegten Exoskelett schnell und sicher zu flüchten. Kritisch könnte beispielsweise das erhebliche Eigengewicht einiger Modelle sein.
Exoskelette unterstützen und verstärken Bewegungsabläufe, sodass diese wieder Gehen und Stehen können. Gelenke werden dabei von Servomotoren angetrieben. Der Exoskelett Aufbau ist abhängig von der passiven oder aktiven Verwendung.
Das Wort Exoskelett bedeutet externe Struktur. Durch die externe Struktur, die den Bewegungsapparat nachbildet, können Kräfte umgeleitet und sensible Körperregionen geschützt werden, etwa der Lendenbereich, der besonders anfällig für Bandscheibenprobleme ist.
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