Als zwei Schweizer Robotik-Spezialisten eine neue computergesteuerte Beinpresse entwickelten, hatten sie damit vor allem Sportler im Visier. Dann stellte sich heraus, dass ihr Soft-Robotic-Training ungeahnte Therapieerfolge bei Verletzungen und Krankheiten ermöglichte.
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Wellenförmige Unterlegscheiben, Spiraldruckfedern, Tellerfedern... Die Liste erprobter Federn, die für eine Vielzahl von Anwendungen in Frage kommen, ist...
Der Autor: Stefan Roschi, Redakteur, Maxon
Mit der Beinpresse in Fitnesscentern hat dieses Gerät wenig gemein. Natürlich sind da ein Sitz und zwei Pedale, doch hier enden die Übereinstimmungen bereits. Wer sich auf die computergesteuerte Beinpresse Allegro (Adaptive Leg Robot) setzt, begibt sich in die Obhut eines weltweit wohl einzigartigen softrobotischen Trainingspartners. Dieser ist mit modernen Antriebs- und Sicherheitskomponenten aus der Industrie bestückt und besitzt ein lernfähiges Computersystem. Mensch und Maschine arbeiten ganz eng miteinander – mit erstaunlichen Resultaten.
Im Kern steckt ein pneumatischer Muskel
Hinter Allegro stehen die beiden Vollblut-Robotikspezialisten Dr. Max Lungarella und Raja Dravid, die das Unternehmen Dynamic Devices AG gegründet haben. Am Artificial Intelligence Laboratory der Universität Zürich, wo sich beide wissenschaftlich mit Robotiksystemen auseinandergesetzt haben, entwickelten sie 2007 den ersten Prototyp der Allegro.
Ihr Ziel war es, ein Hightech-Gerät für Sportler zu bauen, eine hochdynamische Maschine, die alle Trainings überwacht, analysiert und daraus abgeleitet die nächsten Übungen vorschlägt. Als Kern des Geräts dient ein pneumatischer Muskel, der große Kräfte sehr schnell auf die Pedale überträgt. Damit lassen sich verschiedene herausfordernde Übungen zusammenstellen.
Beispiel: Der Proband muss immer möglichst nahe an einer am Bildschirm vorgegebenen Linie bleiben – mittels Pressen oder Beine anziehen. Gleichzeitig reduziert oder verstärkt der Computer die wirksamen Kräfte, behutsam oder als Stöße/Schläge spürbar. Dies muss der Trainierende laufend ausgleichen, was anstrengend, aber äußerst effektiv ist. Dabei wird nicht nur der Körper, sondern auch das Gehirn trainiert. „Unser System fördert dieses dynamische Zusammenspiel“, sagt Lungarella. Und das funktioniert sogar noch besser, als die beiden Entwickler sich das am Anfang vorstellen konnten.
Eher zufällig stießen die beiden auf den positiven Effekt, den ihr Trainingssystem mit der Beinpresse auf Patienten mit neuro-muskulären Erkrankungen oder orthopädischen Beschwerden hat. Einige Personen konnten ihre Beine auf der Allegro plötzlich wieder bewegen, wie es zuvor nicht mehr möglich schien. Und Schlaganfallpatienten machten in der Wiederherstellung von Bewegungsabläufen schnell große Fortschritte. Inzwischen werden diese Effekte auch durch Studien gestützt. Ein Umstand, der die Entwickler des softrobotischen Trainingsgeräts dazu veranlasst hat, sich hauptsächlich auf die Rehabilitation zu spezialisieren. Und hier kommen die Maxon-Motoren ins Spiel.
Um die Allegro als Medizingerät zu zertifizieren, braucht sie eine entscheidende Sicherheitskomponente: einen verstellbaren Anschlag, der verhindert, dass die Presse einen gewissen Winkel überschreitet. Gerade bei Patienten, die ihre Knie nicht mehr voll beugen können, ist dies ein wichtiger Schutzfaktor. Ein bürstenloser DC-Motor EC 45 sorgt dabei für die individuelle Positionierung des Sicherheitsanschlags. Absolute Zuverlässigkeit ist ein wichtiges, wenn nicht sogar das wichtigste Kriterium für den Antrieb. „Bei einem Maxon-Motor können wir uns sicher sein, dass diese Vorgabe auch erfüllt ist“, so Lungarella. Zudem seien die kompakte Bauweise und die integrierte Elektronik des Flachmotors weitere wichtige Punkte.
Erfolgreiche Kombination aus Antrieb und Steuerung
Ein weiterer Maxon-Flachmotor, ein EC-90-Außenläufer, ist für die automatische Anpassung des Sitzes zuständig. Dynamic Devices hat den bürstenlosen Motor dazu mit einem Planetengetriebe und dem Servokontroller Escon 50/5 kombiniert. Die Maxon-Antriebe sind somit ein wichtiger Bestandteil des Trainingsgeräts und sorgen für Komfort und Sicherheit der Patienten.
Mit spielerischem Ansatz zum Erfolg
Dynamic Devices ist zwar noch ein junges Unternehmen, trotzdem kann es schon beachtliche Erfolge vorweisen. Dank der Zusammenarbeit von Ingenieuren, Wissenschaftlern, Ärzten und Therapeuten ist mit der Allegro ein Trainingsgerät entstanden, das vielen Patienten Hoffnung auf ein gesteigertes Bewegungsgefühl gibt. Entscheidend ist dabei die Trainingskomponente, die bisher in der Rehabilitationstherapie oft vernachlässigt worden ist. Wer auf der Allegro sitzt, soll gefordert werden. Denn wer von sich aus immer besser werden und höhere Werte erreichen will, kommt schneller zum Erfolg. Die richtige Motivation ist wichtig, weshalb Dynamic Devices großen Wert auf die spielerische Komponente legt. Wenn Patienten mithilfe von Pedalen einen Pinguin steuern, der auf dem Bauch einen Hang runtersaust und dabei möglichst viele Punkte machen müssen, tritt die Anstrengung in den Hintergrund und das Training läuft fast von selbst.
Erste Spitäler und Reha-Zentren setzen bereits auf das neue Robotiktraining. Weitere Einrichtungen sollen folgen. Eine Expansion in den gesamten Euroraum ist der nächste Schritt. Daneben arbeiten Lungarella und Dravid daran, ihr softrobotisches Trainingsgerät noch intelligenter zu machen. Denn: Ein Zurücklehnen ist für die beiden Inhaber ausgeschlossen. I
Halle 1, Stand 100
Info & Kontakt
Maxon Motor GmbH, München
Tel.: +49 89 420493-0
Detaillierte Informationen zu dieser Softrobotik-Einheit: t1p.de/rvmc
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