CoEx
Co-Adaptation zur Ermöglichung und Verbesserung von Exoskelett-basierter (Tele-) Rehabilitation
Dr.-Ing. Dennis Mronga
Das Vorhaben CoEx befasst sich mit der Entwicklung von Methoden und Systemen für die roboterunterstützte (Tele-)Rehabilitation. Das erste Ziel ist es, Menschen mit Muskelspastiken, wie sie häufig in Konsequenz eines Schlaganfalles auftreten, exoskelettunterstützte Therapieformen zu ermöglichen. Das zweite Ziel ist die Entwicklung von Methoden zur roboterunterstützten Telerehabilitation, bei der jeweils ein Patient und ein Therapeut ein Exoskelett tragen. Hierzu werden Verfahren für die bidirektionale Telepräsenz erforscht, d.h. die bidirektionale Kopplung von Bewegungen und Kräften zwischen zwei voneinander getrennten Robotersystemen. Das dritte Hauptziel ist die Optimierung eines Unterkörper-Exoskeletts mit Hilfe des Co-Design-Ansatzes.
Projektdetails
Der Einsatz von Robotern in der Rehabilitation für Menschen mit sensomotorischen Beeinträchtigungen wird intensiv diskutiert als Ansatz zur Bewältigung des demografischen Wandels und des steigenden Bedarfs an therapeutischem Personal. Ziel ist es, Systeme zu entwickeln, die die Effizienz der Therapie steigern und die Therapeuten entlasten können. Allerdings kann robotergestützte Therapie nicht bei allen Patienten eingesetzt werden, z. B. aufgrund des Vorhandenseins von Muskelspastiken. Spastizität wird bei 25 % bis 44 % der Schlaganfallpatienten beobachtet und ist durch einen Anstieg des Muskeltonus gekennzeichnet, der zu Muskelsteifigkeit und Widerstand bei passiven Gelenkbewegungen führt. Die derzeitigen robotischen Assistenzsysteme sind nicht in der Lage, dies zu erkennen, weshalb Patienten mit Spastizität nicht von der robotisch unterstützten Therapie profitieren können. Dies soll in CoEx durch die Entwicklung von Methoden zur Online-Erkennung des Spastizitätsniveaus und entsprechender automatischer Anpassung der robotergestützten Therapieübungen geändert werden.
Das zweite Ziel von CoEx ist es, die ersten Schritte in Richtung der roboterunterstützten Telerehabilitation zu unternehmen. Hierbei tragen ein Therapeut und ein Patient im Rahmen einer robotischen Tele-Rehabilitationssitzung jeweils ein Exoskelett. Die beiden Exoskelette sind bidirektional miteinander gekoppelt. Der Therapeut bringt dem Patienten-Exoskelett bei, wie es den Patienten bis zur nächsten Sitzung unterstützen soll. Die Interaktion mit dem Patienten geschieht dabei durch Rückkopplung von Bewegungen und Kräften zum Exoskelett des Therapeuten, d. h. über eine bidirektionale Telepräsenz. Die Entwicklung von Ansätzen zur bidirektionalen Telepräsenz hat viele weitere Anwendungen, zum Beispiel Telemanipulation im Weltraum, intuitive Programmierung von Robotern, Telearbeit in der industriellen Fertigung oder Erbringung von Physiotherapieleistungen während einer Pandemie und in ländlichen, schlecht versorgten Gebieten. Des Weiteren wird das Potenzial von Teletherapie für die Gangrehabilitation untersucht, wobei hier ein Unterkörper-Exoskelett verwendet wird, um einen zweibeinigen Roboter zu steuern.
Um in zukünftigen Projekten Teletherapieansätze zu entwickeln, die den Unterkörper einbeziehen, wird aktuell die erste Version eines Unterkörper-Exoskeletts namens LEEDD entwickelt. Dieses erste Design soll in CoEx durch die Anwendung von Co-Design-Ansätzen für Roboter verbessert werden. Das Design und die Integration eines optimierten Unterkörper-Exoskeletts auf Basis von Quasidirektantrieben, das sicher für bidirektionale Teleoperationsaufgaben mit Kraftrückkopplung eingesetzt werden kann, wird daher das dritte Ziel von CoEx sein.