Zusammenfassung
Ursprünglich für militärische und medizinische Anwendungen konzipiert, werden Exoskelette zunehmend auch für den Einsatz in der Produktion, Montage und Logistik interessant. Exoskelette haben das Potenzial, die durch Heben und Tragen schwerer Lasten und einseitige Körperhaltungen verursachte physische Belastung des Menschen zu reduzieren. Dadurch können Exoskelette dazu beitragen, die Arbeits- und Leistungsfähigkeit von Beschäftigten an Produktionsarbeitsplätzen zu erhalten bzw. auch leistungsgewandelte Personen wieder in den Arbeitsprozess zu integrieren. Mit dem Einsatz von Exoskeletten sind allerdings auch Herausforderungen verbunden, insbesondere im Bereich des Arbeitsschutzes und der Arbeitsplanung.
1 Definition und Formen
Exoskelette sind am Körper getragene, physisch unterstützende technische Assistenzsysteme. Sie werden hauptsächlich verwendet, um Bewegungen des Menschen zu Komfortzwecken zu erleichtern, Gesundheitsgefährdungen am Arbeitsplatz, die z. B. zu Rückenerkrankungen führen können, zu vermeiden und medizinische Rehabilitationsmaßnahmen zu begleiten. Exoskelette kombinieren die ausgeprägten Sensomotorik- und Kognitionsfähigkeiten und die hohe Flexibilität des Menschen mit der hohen Wiederholgenauigkeit und Ausdauer der Technik.
Exoskelette wurden zunächst für militärische Anwendungen und die Weltraumrobotik bzw. Teleoperationen entwickelt. Eine Weiterentwicklung fand dann für die Rehabilitation und Unterstützung bewegungseingeschränkter Menschen statt. In jüngster Zeit werden Exoskelette auch für Unternehmen der produzierenden Industrie interessant. Dort werden sie vermehrt als körpergetragene Hebehilfen für die Kraftunterstützung und für ergonomisches Arbeiten auch bei physisch anspruchsvollen Aufgaben durch Entlastung des ganzen Körpers oder einzelner beanspruchter Körperteile eingesetzt.
Es werden verschiedene Formen von Exoskeletten unterschieden, z. B. nach ihrer Komplexität oder ihrer bestimmungsgemäßen Verwendung. Exoskelette, die den Anwendenden eine aktive mechatronische Unterstützung bei einzelnen oder kombinierten physischen Belastungsfaktoren bieten, werden als "aktive Exoskelette" bezeichnet. Sie weisen eine hohe Komplexität auf, da sie motorbetrieben sind, über eine Stromversorgung verfügen und meist modular aufgebaut und erweiterbar sind. Bestimmungsgemäß können aktive Exoskelette zur Bewegungserleichterung (Komfort), zur Vermeidung von Gesundheitsgefahren am Arbeitsplatz (z. B. bei Rückenerkrankungen) oder zur medizinischen Behandlung (z. B. Reha-Maßnahmen nach Querschnittslähmung) verwendet werden. Weniger komplexe "passive Exoskelette" hingegen unterstützen die Anwendenden – meist nur zur Bewegungserleichterung (Komfort) – durch eine mechanisch wirkende muskelkraftbetriebene Federunterstützung ohne Stromversorgung bei ihren Körperbewegungen oder Körperhaltungen.
2 Aktuelle Verbreitung
Die International Federation of Robotics (IFR) verzeichnet in ihrer jährlichen World Robotics Studie eine dynamische Entwicklung des Marktes für Exoskelette (engl. powered human exoskeletons, dt. körpergetragene (Roboter-)Systeme). Demnach wurden 2015 weltweit ca. 5.000 Exoskelette verkauft, der Absatz stieg 2016 um 20 % auf ca. 6.000 Einheiten, 2017 um 12 % auf 6.700 Einheiten sowie 2018 um ca. 9 % auf 7.300 verkaufte Exoskelette weltweit. Für die Jahre 2019 bis 2022 prognostiziert die IFR eine durchschnittliche Wachstumsrate des weltweiten Absatzes von rund 22,6 %. Die Technologieforschungsgesellschaft Omdia beziffert das Marktvolumen für Exoskelette monetär auf einen globalen Umsatz von ca. 316 Mio. US-Dollar im Jahr 2019 und prognostiziert ein jährliches Wachstum von ca. 41 %, sodass im Jahr 2025 ein weltweiter Umsatz von ca. 2,6 Mrd. US-Dollar erwartet wird (vgl. Abb. 1).
Abb. 1: Weltweiter Absatz von Exoskeletten
3 Anwendungsfelder
Anwendungsgebiete für Exoskelette finden sich im Produktionsbereich sowohl in der Fertigung, Montage als auch in der Intralogistik und in Lagerhausarbeiten. Ihr Einsatz empfiehlt sich grundsätzlich an nichtstationären Arbeitsplätzen für Tätigkeiten, die sich durch Heben und Tragen schwerer Lasten auszeichnen und die gleichzeitig – beispielsweise aufgrund eingeschränkter Bau- oder Fügeräume – den Einsatz technischer Hilfsmittel, wie Gabelstapler, Kräne oder Last...