Softorthese Ergojack

Softroboter erkennt Fehlhaltung

Gegen Rückenbeschwerden aufgrund körperlich belastender Bewegungsabläufe haben Fraunhofer-Forscher die Softorthese Ergojack entwickelt.

Die Softorthese Ergojack mit arretierbarem Hüftgelenk und Beinbügel unterstützt den Mitarbeiter beim Heben schwerer Lasten. © Fraunhofer IPK

Ergojack ist ein „Wearable-Soft-Robotics-System“. Mit ihm haben Forscher der Berliner Fraunhofer-Institute für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK und für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM eine Softorthese entwickelt, die den Rücken entlastet und Werker dazu animiert, belastende Bewegungsabläufe ergonomisch auszuführen.

Kein herkömmliches Exoskelett
Alleinstellungsmerkmal der softrobotischen Oberkörperorthese ist eine Echtzeit-Bewegungsanalyse. Eigens entwickelte Algorithmen, die auf Machine Learning und KI basieren, ermöglichen die Ergonomieanalyse. Dadurch unterscheidet sich die Orthese von bisherigen Exoskeletten – also Stützrobotern, die prinzipbedingt alle, auch unergonomische Bewegungen, einfach nur kraftunterstützen und lediglich die Belastungskräfte des Trägers aus überlasteten in weniger belastete Körperareale umleiten. Die Bewegungsanalyse der IPK-Orthese hingegen erkennt ergonomische und unergonomische Bewegungen. Per Vibrationsalarm erhält der Träger in Echtzeit Feedback, wenn er Haltungen einnimmt oder Bewegungen ausführt, die gesundheitsschädlich sind.

Die Softorthese Ergojack mit arretierbarem Hüftgelenk und Beinbügel unterstützt den Mitarbeiter beim Heben schwerer Lasten. © Fraunhofer IPK

KI in der Weste
In die Weste integrierte inertiale Bewegungssenoren (Inertial Measurement Unit IMU) gleichen vorgelernte Bewegungsmuster mit der tatsächlich ausgeführten Bewegung ab und werten sie in Echtzeit aus; das dauert wenige hundert Millisekunden. Die miniaturisierten Bewegungssensoren befinden sich an den Schultern, dem Rücken und den Oberschenkeln. Neben diesen Sensoren sind eine robuste, miniaturisierte Elektronik samt Embedded Controller sowie ein Vibrationsmodul und ein Akku in die Orthese integriert. Für die Entwicklung der miniaturisierten elektronischen Bauteile zeichnet das Fraunhofer IZM verantwortlich, während das Design des Systemlayouts, der Mensch-System-Schnittstelle, der Mechanik, der Elektronik und Software einschließlich des Echtzeital-gorithmus mit maschinellem Lernen und Künstlicher Intelligenz am Fraunhofer IPK erfolgt.

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Varianten und Weiterentwicklungen
Die Datenverarbeitung läuft direkt auf der Weste. Der Anlernprozess kommt mit einem kleinen Bewegungstrainingsdatensatz aus. Die Fraunhofer-Forscher arbeiten daran, die Elektronik und Sensorik der Textilversion der Orthese so zu verkapseln, dass sie waschbar sind und nicht aus der Weste entnommen werden müssen. Kunden können künftig zwischen einer rein sensorischen Textilweste und einer Variante mit Kraftunterstützung wählen.

Eine weitere aktuelle Systemvariante mit Rücken- und Hüftunterstützung wurde mit einer minimalen Orthesenbügel-Auflagefläche am Körper konzipiert. Durch ein arretierbares seitliches Hüftgelenk an der Weste lässt sich die Kraftübertragung vom Rücken in die Beine ein- und ausschalten. Dieser Mechanismus ermöglicht wechselnde Tätigkeiten im Stehen und Sitzen. pb

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