Exoskelette – Schritte in die Zukunft

Fast klingt es wie eine Geschichte aus einem Marvel Comic: Geniale Wissenschaftler entwerfen ein Außenskelett, eine stabile Hülle, aus leichten aber widerstandsfähigen Materialien. Sie statten es mit einem portablen Antrieb und hydraulikgesteuerten Gelenken aus. Bio-elektrische Sensoren reagieren auf die Impulse des Körpers. Ein Computer übersetzt sie in die Bewegungen des Exoskeletts. Und der ehemals gefallene Held erlangt die Kontrolle über seine Beine und seine Mobilität zurück.

Bild 92745097Urheberrecht gigello, 2013 Mit Genehmigung von Shutterstock. com

Seit den 60er Jahren arbeiten Wissenschaftler aus verschiedenen Fachrichtungen daran, aus dieser Fiktion Wirklichkeit zu machen. 2013 stehen die ersten funktionstüchtigen äußerlichen Skelette auf dem Markt zur Verfügung. Die geschmeidigen Bewegungen von Iron Man können die heutigen Exoskelette noch nicht bieten, doch eines können sie ganz sicher: Sie können Querschnittgelähmte gehend machen.

Bei dem Versuch Exoskelette zu beschreiben, drängt sich der Vergleich mit einer gepolsterten und hoch-technisierten Hose auf. Der bewegliche Rahmen umschließt den Unterkörper des Nutzers vom unteren Rippenbogen bis zu den Fußsohlen. Der Antrieb, die Batterien, wird wie eine Art Rucksack auf dem Rücken getragen oder etwas weiter unten, als High-Tech-Variante des Cul-de-Paris. Update 2015: Bei den meisten Exoskeletten der neuen Generation entfällt diese Rucksackkomponente, was die Konstruktion erheblich verschlankt und leichter macht.

Rahmen und Batterien

Exoskelette bestehen aus einem leichten, aber starken Rahmen, der den Unterkörper umschließt. Dieser Rahmen trägt das Gewicht des Exoskelettes selbst, seiner elektronischen Komponenten und das des Benutzers. Zudem hält es den Körper in einer aufrechten, sicheren Position. Der Rahmen hat an den Stellen Gelenke, an denen sie der menschliche Körper auch hat, d. h. an den Hüften, Knien und Knöcheln.

Angetrieben werden die Exoskelette von wieder aufladbaren Batterien, die je nach Hersteller und Ausmaß der Nutzung nach zwei bis sechs Stunden gewechselt werden müssen.

Gewicht

Exoskelette wiegen je nach Hersteller und Ausführung zwischen 15 und 39 kg. Ein Anlegen ohne fremde Hilfe ist nur bedingt möglich.

Sensoren, Controller und Auslöser

Die Bewegungen, die der Exoskelett-Nutzer machen möchte, werden über manuelle (Joystick) oder bio-elektrische Sensoren (Messung der physiologischen Impulse des Körpers) gesammelt und an den Controller gesendet, der sie analysiert und die verschiedenen Auslöser koordiniert. Die Auslöser (Elektro- oder Hydraulikmotoren) wiederum setzen (angetrieben von der Energie aus den Batterien) das Exoskelett und damit den Nutzer in Gang. Möglich ist derzeit das Stehen, das Gehen auf geraden Ebenen oder auf Gefällen (sowohl auf- als auch abwärts) und teilweise auch das Treppensteigen.

Übertragen auf den menschlichen Körper funktioniert der Controller also wie das Gehirn, das die Befehle gibt, und die Auslöser wie die Muskeln, die die Bewegungen durchführen.

Einschränkungen

Exoskelette können nur bei ausreichend starkem Oberkörper und funktionierenden oberen Extremitäten genutzt werden. Osteoporose und Herz-Kreislaufbeschwerden sind Ausschlusskriterien für eine Nutzung.

Ein Einsatz auf rutschigem, instabilem oder weichem Untergrund (Gras, Schlamm, Sand, Kies, Geröll, Eis, Schnee etc.) ist nicht möglich.

Derzeit verfügen die angebotenen Modelle über keine Balance- oder Gang-Kontrolle. Um ein Umkippen zu verhindern, muss der Nutzer einen ausreichen starken Oberkörper haben. Die Balance wird in den meisten Fällen mit Hilfe von Gehstöcken gewährleistet (Ausnahme ist das Modell von Rex Bionics). Das Gangbild in einem Exoskelett hat nichts gemein mit den weichen, fließenden Bewegungen, die man als Fußgänger gewohnt ist. Ein Abrollen von Ferse zu Zehen kann nicht stattfinden. Stattdessen findet ein „kontrolliertes nach vorne Fallen“ des Körpers statt, der bei jedem Schritt aufs Neue aufgefangen werden muss. Jedoch ist – wie im Falle der Rechner zu Beginn des Computerzeitalters – das Potential endlos.

Zukünftige Exoskelette werden schneller, leichter, schmäler sein. Sie werden Systeme zur Balance-Kontrolle integrieren, was die Stabilisierung mit Gehstöcken überflüssig machen wird und ein angepasstes Gangbild wird den normalen menschlichen Bewegungen entsprechen. Die physiologische Kontrolle über das Nervensystem wird verbessert und auf die verbleibenden Muskelfunktionen unterhalb der Lähmungshöhe des Einzelnen angepasst werden. Batterien werden kleiner und effizienter, die Auslösertechniken ausgefeilter werden. Alle Komponenten des Exoskeletts sind dem Wandel der technischen Möglichkeiten unterworfen und Innovationen werden folgen, die diese äußeren Skelette für den alltäglichen Gebrauch bequem und erschwinglich machen werden.

Rex: Rex Bionics Media Downloads, www.rexbionics.com/media.php, 2013 und Rewalk: ReWalk_Agnes_Picture Bild Copyright Argo Medical Technologies GmbH, 2013 Mit Genehmigung von John Frijters

Vorteile des Exoskeletts

Die Nutzung eines Exoskeletts ermöglicht es gehbehinderten Menschen aufrecht zu stehen und zu gehen. Damit können nicht nur Hindernisse überwunden werden, die mit einem Rollstuhl unmöglich befahrbar wären. Diese veränderte Körperhaltung kann laut Herstelleraussage auch verschiedene positive Auswirkungen auf den Organismus haben:

  • Stärke und Ausdauer werden trainiert
  • Innere Organe werden entlastet
    • U. a. Atmung
    • Verdauung
    • Blasenfunktion und
    • Kreislauf werden somit verbessert
  • Die Beanspruchung der Knochen wird erhöht, was einer Inaktivitätsosteoporose vorbeugt
  • Schmerzen und Spasmen können verringert werden

Über diese erwartete Reduktion der möglichen Komplikation bei Querschnittlähmung, kann man derzeit aber noch keine verlässlichen Aussagen machen, da die Erfahrungswerte in der Praxis noch fehlen.

Eindeutig lässt sich feststellen, dass Exoskelette den Nutzern ein völlig neues Ich-Erleben ermöglichen.  Testnutzer berichten von dem Glücksgefühl „nach all den Jahren wieder zu laufen“ oder  „sich mit Menschen auf Augenhöhe zu unterhalten“. Jarard Pearce aus Neuseeland sagt: „Das Exoskelett hat mir dabei geholfen, mich mit meiner Querschnittlähmung abzufinden. Jetzt, da ich die Wahl habe zu gehen oder den Rollstuhl zu benutzen, kann ich meine Situation viel besser akzeptieren.“

Die Hersteller

Derzeit (Juni 2015) gibt es fünf bedeutende Anbieter von Exoskeletten, die ihre Produkte für die Rehabilitation oder den persönlichen Gebrauch von Menschen mit Mobilitätseinschränkungen entwickelt haben:

Exoskelette für die oberen Extremitäten

Auch die Funktion der Arme kann mit Exoskeletten unterstützt werden. (Siehe: Titan Arm – Prototyp eines Exoskelettarms)

Kosten

Die Kosten für ein Exoskelett belaufen sich je nach Hersteller und Ausführung auf 20.000 – 100.000 US Dollar und werden von den gesetzlichen Kostenträgern derzeit nicht übernommen.

Ein mit 1.500 Euro deutlich günstigeres Model wurde von dem Ingenieur S.T.M. Veerabahu an der Anna University in Chennai/Indien entwickelt. Es verzichtet auf jegliche bio-elektrische Reizübertragung und wird rein kognitiv über einen Joystick und ein Touch Screen gesteuert. Derzeit (Juni 2013) sucht Veerabahu noch nach Investoren für die Produktion und Vermarktung seines Exoskeletts.

Urteil zur Kostenübernahme bei Exoskeletten

Im Mai 2016 gab es ein Urteil auf Landesebene, dass bei Anschaffung eines Exoskelettes die Kostenübernahme durch Kostenträge vorsieht. Für ausführliche Informationen siehe: Anspruch eines Paraplegikers auf Kostenübernahme für ein ReWalk-Exoskelett (Motorbetriebene Hüft-Kniegelenk-Orthese) durch die Krankenversicherung – Unmittelbarer Behinderungsausgleich

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