Wenn Querschnittsgelähmte laufen

Rollstuhl

Exoskelette greifen elektrische Signale des Gehirns auf. Und setzen damit einen Gehroboter in Bewegung.

 

Susanne Kutter Wirtschaftswoche Düsseldorf Vorsichtig hebt Juliano Pinto sein Bein – und kickt den Ball mehrere Meter weit. Was für gesunde Menschen eine Kleinigkeit ist, war für den 29-jährigen querschnittsgelähmten Brasilianer bei der Eröffnung der Fußball-WM 2014 der Moment seines Lebens. Monatelang hatte Pinto mit einem sogenannten Exoskelett trainiert. Immer wieder musste er üben, mit den elektrischen Signalen seines Gehirns den am Körper getragenen Roboter zu steuern.

 

„Magisch“ fand diesen Moment auch Gordon Cheng. Der in München lehrende Informatik-Professor ist einer der führenden Köpfe hinter dem Projekt, das Pinto ein paar Schritte und einen Schuss schenkte. Über vier Jahre arbeitete er mit seinem Team von der Technischen Universität München an dem Exoskelett, um das vermeintlich Unmögliche möglich zu machen: Ein Lahmer geht.

 

Derartige Roboter lassen nicht nur Querschnittsgelähmte gehen, sondern helfen auch Unfallopfern und Schlaganfallpatienten, ihre körperlichen Fähigkeiten wieder zu trainieren. In Südkorea unterstützen zudem Exoskelette Arbeiter des Schiffbauers Daewoo in ersten Tests dabei, schwere Lasten zu tragen. Natürlich ist auch das Militär an solcher Ganzkörperrüstung interessiert, die Soldaten besser schützt, leistungsfähiger macht – und wie der Filmfigur „Iron Man“ ungeahnte Fähigkeiten verleiht.

 

Der 46-jährige Forscher Cheng, der Mann hinter Pintos Exoskelett, ist derzeit einer der weltweit wichtigsten Wegbereiter von Maschinen, die Menschen nicht nur ein besseres Leben ermöglichen, sondern ihnen auch übernatürliche Kräfte verleihen können. Der Informatiker leitet an der TU München das Institut für Kognitive Systeme.

 

Vibrationen auf dem Arm

Beim Exoskelett erfasst eine elektroden-gespickte Kopfhaube die elektrischen Signale der Nervenzellen in ihrem Gehirn. Der Gelähmte muss daher intensiv ans Gehen denken. Ein Computer wertet diese Impulse aus, nachdem er zuvor erst mühsam hat lernen müssen, das Signalmuster zu verstehen – bei jedem Menschen neu.

 

Der Rechner steuert dann die Motoren im Exoskelett an. Der Patient wiederum muss innerhalb einer Viertelsekunde spüren, ob der Fuß noch Bodenkontakt hat oder schon abgehoben ist. Sonst schafft er es nicht, die Bewegungen zu koordinieren. Dazu wandelt der Computer die Signale der sensiblen Kunsthaut so um, dass der Maschinen-Läufer sie auch fühlen kann: Der trägt am Oberarm, den er noch spürt, eine Manschette mit einem Feld kleiner Stempel, die vibrieren können. So entsteht ein exaktes Abbild des Sohlendrucks – als Vibrationsmuster auf dem Oberarm.

 

All das schien lange ein Ding der Unmöglichkeit zu sein, wollte nie richtig funktionieren, berichtet Cheng. Doch den Wissenschaftler reizen genau solche Aufgaben: „Ich liebe es, Lösungen für scheinbar unlösbare Probleme zu finden.“ Und so tüftelte er vier Jahre lang an der Haut des Exoskeletts herum. Auch andere Forscher auf der Welt arbeiten an solchen gefühlvollen Roboterüberzügen – etwa für klassische Hand- oder Fußprothesen.

 

Als das System endlich das tat, was es tun sollte, passierte etwas Verblüffendes: „Das Exoskelett wird zu einem Teil von uns selbst, wir bedienen es bald so selbstverständlich wie Messer und Gabel – oder wie ein Auto“, erzählt Cheng. Die Menschen verschmelzen – gefühlt – mit der Maschine.

 

Je früher trainiert wird, desto einfacher lasse sich die Bedienung lernen, sagt der Forscher. Bei einem gerade anlaufenden Projekt wird er daher mit Kindern arbeiten, die von Geburt an Lähmungen und kaum Kontrolle über ihre Bewegungen haben. Wenn sie sehr früh mit dem Exoskelett üben, so hofft Cheng, lernen sie, sich und ihre Bewegungen besser wahrzunehmen und zu koordinieren. Vielleicht schaffen sie es so, ihre eigenen Muskeln zu steuern.

 

Sensible Industrieroboter

Eine der spannendsten Neuentwicklungen von Cheng ist „Tomm“, ein Industrieroboter, der verkleidet ist mit einer künstlichen Haut. Das Besondere: Der aus daumennagelgroßen Kunststoff-Sechsecken aufgebaute Überzug verleiht tumben Maschinen die Fähigkeit zu empfinden. In jedem Sechseck haben Chengs Forscher drei Drucksensoren, eine Art Thermometer und einen Abstandsmesser eingebaut. Ohne diese sensible Hülle hätte der Brasilianer Pinto niemals gehen können: „Nur wenn die Gelähmten Rückmeldung über die Bewegungen des Exoskeletts erhalten, können sie lernen, sich damit zu bewegen, und das Gerät steuern, ohne hinzufallen“, erzählt Cheng.

 

Die elektronische Haut will sein Team bald vermarkten, es gründet dafür gerade ein Start-up. Auch Industrieroboter, die oft eine Gefahr für Menschen darstellen, könnten sie tragen, sagt Cheng: „Bisher müssen sie hinter Absperrungen arbeiten, denn sie spüren es einfach nicht, wenn sie jemandem einen Schlag auf den Kopf verpassen oder ihn über den Haufen fahren.“

 

 

Handelsblatt 12.02.2015

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