Abgesehen von den Beeinträchtigungen der Funktion und Beweglichkeit kann eine Lähmung auch zu psychischen Störungen und Einschränkungen der Lebensqualität führen. Es gibt verschiedene Hilfsmittel auf dem Markt, die Menschen mit Lähmungen dabei unterstützen, ihre Funktionsfähigkeit und Beweglichkeit beizubehalten. Allerdings sind diese Hilfsmittel durch das Fehlen der Fähigkeit des Zweibein-Gehens begrenzt.
Die wichtigsten Ergebnisse:
- Passive Exoskelette verbessern Kraft und Bewegung, um Arbeitsunfälle bei Industriearbeitern zu verhindern.
- Aktive Exoskelette sind darauf angewiesen, eine externe Energiequelle zu nutzen, um die Funktion und Beweglichkeit von Personen mit Lähmungen in den Gliedmaßen zu verbessern.
- Basierend auf den neuesten technologischen Entwicklungen sieht es so aus, als ob Menschen in naher Zukunft die Fähigkeit haben werden, ein Exoskelett mithilfe ihrer Gehirnsignale effektiv zu steuern.
In den letzten Jahren gab es Fortschritte in der Forschung und Technologie, die zur Entwicklung fortschrittlicher Exoskelette geführt haben. Diese Exoskelette sollen die Fortbewegung auf zwei Beinen erleichtern und die Funktionalität sowie die Lebensqualität verbessern.
Wie funktionieren Exoskelette?
Ein Exoskelett ist eine Art tragbarer Roboteranzug, der über ein integriertes Computersystem verfügt und Hebel sowie Motoren steuert. Diese sind auf die Hauptgelenke des Körpers ausgerichtet und dienen dazu, Bewegungen wiederherzustellen und zu verbessern. Zudem kann es auch einer gesunden Person als mechanische Unterstützung dienen, um wiederholte und körperlich anspruchsvolle Aufgaben auszuführen. Jeder Exoskeletttyp hat seine eigenen einzigartigen Funktionen.
Arten von Exoskeletten
Batteriebetriebenes Exoskelett
Ein Exoskelett, das mit Batterien betrieben wird, nutzt eine externe Energiequelle in Form eines tragbaren Rucksacks sowie Motoren an den Hüft- und Kniegelenken. Dieses spezielle Exoskelett wird mit einer Fernbedienung geliefert, auf der der Benutzer aus einer vorprogrammierten Liste von Bewegungen die gewünschte auswählt. Sobald die Auswahl getroffen ist, führt der Anzug automatisch die entsprechende Bewegung aus. Wenn zum Beispiel “Stehen” gewählt wird, hilft der Anzug dem Benutzer beim Aufstehen.
Einer der vielen Vorteile dieser Art von Exoskelett besteht darin, dass es mit einer einzigen Ladung des Akkus bis zu acht Stunden lang betrieben werden kann. Dadurch ist der Benutzer in der Lage, über einen längeren Zeitraum hinweg zu arbeiten. Es gibt jedoch eine Einschränkung: Der Benutzer kann keine Bewegungen ausführen, die nicht vorprogrammiert sind. Um diese Einschränkung zu überwinden, wurden Exoskelette entwickelt, die durch Gehirnsteuerung gesteuert werden.
Hirngesteuerte Exoskelette
Bei Exoskeletten, die mit Hilfe des Gehirns gesteuert werden, werden Elektroden chirurgisch in beiden Bereichen des somatosensorischen Kortex implantiert. Diese Elektroden erfassen Bewegungssignale und übertragen sie drahtlos an mehrere Sensoren in den Motoren des Exoskeletts. Die Signale aktivieren dann die Motoren, um die Bewegung gemäß den vom Gehirn generierten Bewegungsbefehlen einzuleiten.
Die Sensoren sind auch nützlich, um die Position des Benutzers im Raum und die relative Position der Gelenke zueinander zu bestimmen. Ein offensichtlicher Vorteil dieser Art von Exoskelett besteht darin, dass es dem Benutzer keine Einschränkungen in Bezug auf die Art der auszuführenden Bewegungen auferlegt. Allerdings erfordert ein gehirngesteuertes Exoskelett eine längere Einarbeitungszeit, bevor es sicher und effektiv verwendet werden kann.
Passive Exoskelette
Passive Exoskelette sind tragbare Hilfsmittel, die aus Federn und Kohlefaserbändern bestehen und mechanische Unterstützung bei sich wiederholenden oder körperlich anstrengenden Tätigkeiten bieten. Sie werden in verschiedenen Branchen wie Automobil, Bauwesen und Logistik eingesetzt, um arbeitsbedingten Muskel-Skelett-Erkrankungen vorzubeugen. Das neueste passive Exoskelett besteht aus drei Teilen: einem Rückenteil, Armen und Beinen. Der Benutzer hat die Möglichkeit, sie einzeln oder als Ganzkörperanzug zu tragen und zu nutzen.
Der hintere Teil besteht aus Federn (oder Kohlefaserbändern), die entlang der Wirbelsäule verlaufen. Sie absorbieren die Energie, wenn man sich bückt, um einen schweren Gegenstand aufzuheben, und springen zurück, um beim Anheben zu helfen. Dadurch fühlt es sich leichter an, als es wirklich ist, und der Benutzer kann wiederholte Hebevorgänge durchführen, ohne den Rücken zu überlasten oder möglicherweise Schaden anzurichten. Das Armband ist auch mit Federn ausgestattet, die aktiviert werden können, um die Arme zu unterstützen, wenn sie auf Schulterhöhe oder höher gehoben werden.
Dieser Teil ist besonders hilfreich für Arbeitnehmerinnen und Arbeitnehmer, die wiederholte Überkopfbewegungen ausführen müssen. Schließlich hat der Beinteil einen Steh- und einen Sitzmodus, der es dem Benutzer ermöglicht eine stehende oder sitzende Position einzunehmen ohne dabei die Muskeln in den Beinen zu beanspruchen. Der Beinteil ist nützlich für Personen, die lange Zeit stehen müssen.
Evidenzbasierte Vorteile der Verwendung passiver Exoskelette sind u. a:
- Weniger verletzungsbedingte Fehltage.
- Höhere Produktivität der Mitarbeiter.
- Geringere Inzidenz von Arbeitsunfällen.
- Geringere Inanspruchnahme des Gesundheitssystems.
Die Quintessenz
Innovative Exoskelette haben gezeigt, dass sie einige der drängendsten Herausforderungen im Gesundheitswesen und in der Industrie bewältigen können. Früher war es für Menschen mit Lähmungen nahezu unmöglich, wieder gehen zu können und sie waren ein Leben lang auf Hilfe angewiesen. Auch Industriearbeiter litten unter langjährigem, repetitive Belastung und Verletzungen, die zu Behinderungen und chronischen Schmerzen führten.
Die Einführung von Exoskeletten ermöglicht es nun behinderten Menschen, ihre Mobilität wiederzuerlangen. Darüber hinaus bieten diese auch gesunden Menschen Schutz vor Verletzungen oder Behinderungen. Die innovative Kombination aus Federn und Kohlefaserbändern hat bereits vielversprechende Ergebnisse erzielt. Mit den Fortschritten bei der Erforschung von hirngesteuerten Exoskeletten könnte die Zukunft für Personen mit Gliedmaßenlähmungen äußerst spannend werden.
Ressourcen:
- Rehabilitationspsychologie. Untersuchung des Zusammenhangs zwischen psychologischer Inflexibilität und depressiven Symptomen, Angst und Stress bei Personen, die mit einer Rückenmarksverletzung leben: Eine Querschnittsstudie.
- Zeitschrift für Fertigungstechnologie-Management. Exoskelette: Umfassende, vergleichende und kritische Analysen ihres Potenzials zur Verbesserung der Produktionsleistung. Zeitschrift für Fertigungstechnologie-Management.
- Zeitschrift für wissenschaftliche Instrumente. Ein gehirngesteuertes Exoskelett für die unteren Gliedmaßen zur Schulung des menschlichen Gangs.
- Archiv für Physikalische Medizin und Rehabilitation. Systematische Überprüfung des klinischen Nutzens der Verwendung von Exoskeletten für Gang und Mobilität bei neurologischen Erkrankungen: eine Tertiärstudie.