Gren­zen verschieben

Mit dem Einsatz von Robotern in Therapie und Rehabilitation sind einerseits große Hoffnungen verbunden. Andererseits müssen sie ihre Daseinsberechtigung erst noch beweisen, so Dr. Peter Wolf, stellvertretender Leiter des Sensory-Motor Systems Labs an der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) Zürich.

Der Wis­sen­schaft­ler gehört zu den Orga­ni­sa­to­ren des Cyb­ath­lons, der am 2. und 3. Mai 2020 in Klo­ten bei Zürich zum zwei­ten Mal statt­fin­den wird. Bei die­sem inter­na­tio­na­len Wett­be­werb mes­sen sich Men­schen mit Behin­de­run­gen in ver­schie­de­nen Dis­zi­pli­nen, unter­stützt von High­tech-Assis­tenz­sys­te­men wie Exo­ske­let­ten oder Brain-Computer-Interfaces.

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Im Inter­view berich­tet Dr. Wolf über For­schungs­pro­jek­te zu „Exo­suits“ als leich­te­re Vari­an­te der Exo­ske­let­te und über span­nen­de Ent­wick­lun­gen, die auch auf dem Cyb­ath­lon zu sehen sein werden.

OT: An wel­chen For­schungs­pro­jek­ten zu Robo­tik und Exo­ske­let­ten arbei­ten Sie gerade?
Dr. Peter Wolf: An Exo­ske­let­ten, die nicht mehr so klo­big sind, wie man sie zum Bei­spiel beim ers­ten Cyb­ath­lon gese­hen hat. Die­se neu­en „Exo­suits“ wer­den in Tex­ti­li­en ein­ge­ar­bei­tet, sind viel leich­ter und unauf­fäl­li­ger. An unse­rem Lehr­stuhl haben wir sol­che Sys­te­me mit­ent­wi­ckelt, inzwi­schen ist ein Unter­neh­men dar­aus ent­stan­den. Die­se Exo­suits unter­stüt­zen Men­schen mit Rest­funk­ti­on in den Bei­nen beim Gehen. Sie kön­nen auch von Roll­stuhl­fah­rern selbst­stän­dig benutzt wer­den, um zeit­wei­se aus dem Roll­stuhl auf­zu­ste­hen. Es gibt sogar Nut­zer, die ohne den Exo­suit kaum lau­fen kön­nen – und jetzt wie­der an einem Mara­thon teilnehmen.

OT: Nach wel­chem Prin­zip funk­tio­nie­ren die Exosuits?
 Wolf: Sie funk­tio­nie­ren wie ein Bow­den­zug (Bow­den­zug = Seil­zug, über­trägt mecha­ni­sche Bewe­gun­gen, Druck- und Zug­kräf­te; benannt nach dem Erfin­der Ernest Mon­ning­ton Bow­den; Anm. d. Red.) und unter­stüt­zen bestehen­de Mus­kel­ak­ti­vi­tä­ten. Für die unte­re Extre­mi­tät sind sol­che Sys­te­me schon auf dem Markt. Aktu­ell for­schen wir dar­an, die­ses Prin­zip auch für die obe­re Extre­mi­tät anzu­wen­den. Auch hier besteht das Kon­strukt aus einer Art Seil­zug mit Motor, das den Bewe­gungs­ra­di­us und die Aus­dau­er  beim Heben des Arms ver­grö­ßert. Hier gilt eben­so, dass Rest­funk­tio­nen für die Bewe­gungs­an­steue­rung noch vor­han­den sein müs­sen. Bis zur Markt­rei­fe wird es noch ein paar Jah­re dauern.

 OT: Wo befin­den sich die Moto­ren bei einem Exosuit?
 Wolf: Die Motor­ein­heit wird auf dem Rücken getra­gen. Im Gegen­satz zu den Exo­ske­let­ten, wo sich an jedem Gelenk Moto­ren befin­den und dadurch jedes Gelenk ein­zeln unter­stützt wird.

OT: Wer­den Exo­suits die Exo­ske­let­te ersetzen?
Wolf: Nein, da sie aus­schließ­lich bei einer inkom­plet­ten Quer­schnitt­läh­mung ein­setz­bar sind. Aber auch bei den klas­si­schen Exo­ske­let­ten wer­den die Antrie­be in Zukunft klei­ner und leich­ter. Damit wird sich die Ziel­grup­pe die­ser Pro­duk­te erwei­tern. Denn bis­her müs­sen die Trä­ger, die sie im All­tag nut­zen wol­len, schon recht sport­lich sein. Noch mehr Gewicht wür­den klei­ne­re Bat­te­rien spa­ren, jedoch wer­den die­se wohl in nähe­rer Zeit nicht schrump­fen. Die Strom­ver­sor­gung wird also ein Pro­blem blei­ben. Vor allem in der Reha­bi­li­ta­ti­on haben Exo­ske­let­te als The­ra­pie­ro­bo­ter aller­dings eine span­nen­de Zukunft. Dies ist unser zwei­tes Pro­jekt, das wir gera­de vorantreiben.

Robo­ter als the­ra­peu­ti­scher Partner

 OT: Wel­chen Ansatz ver­fol­gen Sie in die­ser Hinsicht?

 Wolf: Wir arbei­ten zur­zeit an einem Exo­ske­lett für die Neu­ro­reha­bi­li­ta­ti­on, mit dem Arm­funk­tio­nen trai­niert wer­den. Bis­her haben sich The­ra­pie­ro­bo­ter im kli­ni­schen All­tag noch nicht durchgesetzt.

OT: Wor­an liegt das?
 Wolf: Zum einen muss das Wis­sen der The­ra­peu­ten noch bes­ser in die Robo­ter inte­griert wer­den. Bis­lang kön­nen Robo­ter repe­ti­tiv arbei­ten und den Pati­en­ten in gewis­sem Umfang moti­vie­ren. Doch wirk­lich indi­vi­du­ell auf die jewei­li­ge Situa­ti­on ein­ge­hen kön­nen sie nicht – für eine ent­spre­chen­de Pro­gram­mie­rung fehlt noch die Daten­grund­la­ge. Wir arbei­ten dar­an, dass die The­ra­peu­ten künf­tig intui­ti­ver mit dem Robo­ter zusam­men­ar­bei­ten kön­nen. Statt die Übun­gen wie heu­te üblich am Bild­schirm ein­zu­ge­ben, wird der Robo­ter ange­fasst und bewegt. Er wird gemein­sam mit dem Pati­en­ten vom The­ra­peu­ten durch die Bewe­gung geführt.

Gemein­sa­me Spra­che finden

OT: Der Ein­satz von Robo­tern wird inzwi­schen oft mit Künst­li­cher Intel­li­genz (KI) in Ver­bin­dung gebracht …
Wolf: Dafür haben wir bis­her viel zu weni­ge Daten. Des­halb lässt sich KI in der Neu­ro­reha­bi­li­ta­ti­on der­zeit nicht so umfas­send ein­set­zen wie zum Bei­spiel in der Krebs­me­di­zin. Das steckt noch in den Kin­der­schu­hen. Außer­dem müs­sen die Robo­ter noch wis­sen­schaft­lich nach­wei­sen, dass sie eine Daseins­be­rech­ti­gung haben und die robo­ter­ge­stütz­te The­ra­pie der kon­ven­tio­nel­len über­le­gen ist. Die Stu­di­en­la­ge ist ambi­va­lent. Nicht zuletzt, weil es nur weni­ge Stu­di­en gibt. Viel zu tun gibt es wei­ter­hin bei der inter­dis­zi­pli­nä­ren Kol­la­bo­ra­ti­on. Pro­gram­mie­rer, Medi­zi­ner und Fach­leu­te, die etwas vom Bewe­gungs­ler­nen ver­ste­hen, müs­sen koope­rie­ren. Die­se Inter­dis­zi­pli­na­ri­tät gehört zu den größ­ten Her­aus­for­de­run­gen. Eine gemein­sa­me Spra­che zu fin­den, dauert.

OT: Auch wenn für einen sinn­vol­len Ein­satz der KI in dem Bereich noch die Daten­grund­la­ge fehlt – wird sie den Phy­sio­the­ra­peu­ten, aber eben­so den Ortho­pä­die-Tech­ni­kern den Platz strei­tig machen?
Wolf: Nein, deren Erfah­run­gen, deren Ein­füh­lungs­ver­mö­gen ist in nähe­rer Zukunft nicht ersetz­bar. Selbst­ver­ständ­li­cher wird das Zusam­men­spiel von Mensch und Robo­ter. Des­halb muss mehr Robo­tik in die Aus­bil­dung einziehen.

OT: Sie gehö­ren zu den Grün­dern des Cyb­ath­lons, der im nächs­ten Jahr sei­ne zwei­te Auf­la­ge erlebt. Wer­den neu­ar­ti­ge Exo­ske­let­te an den Start gehen?
Wolf: Bei den her­kömm­li­chen Exo­ske­let­ten hat sich nicht so viel Neu­es getan. Da es sich um sehr teu­re Gerä­te han­delt, ist eine Teil­nah­me in die­ser Dis­zi­plin für vie­le Län­der schwie­rig. Trotz­dem gibt es etli­che Stu­den­ten­teams, die sich ange­mel­det haben. Nach wie vor sind die Exo­ske­let­te aber sehr lang­sam, haben Pro­ble­me an Schrä­gen, viel Last auf den Armen. Des­halb sind etli­che Nut­zer ehe­ma­li­ge Sol­da­ten, die zum Zeit­punkt ihres Unfalls gut trai­niert waren.

OT: Wel­che High­tech-Trends wer­den sich dem­ge­gen­über in den Wett­kämp­fen widerspiegeln?
Wolf: Sehr viel getan hat sich bei den Roll­stüh­len. Wir wer­den etli­che Model­le sehen, die Trep­pen stei­gen kön­nen – aus der Schweiz, aus Asi­en und einen alt­tags­taug­li­chen, robus­ten Roll­stuhl aus Russ­land. Beim ers­ten Cyb­ath­lon 2016 gab es die­se aus­ge­reif­ten Pro­duk­te noch nicht. Wir sind stolz, die­se Ent­wick­lung durch unse­re Ver­an­stal­tung gepusht zu haben. Bei den Arm­pro­the­sen wer­den wir einen Schub erle­ben, was das Füh­len und die Moto­rik betrifft. Gespannt bin ich, wel­che Neu­hei­ten es hin­sicht­lich der funk­tio­nel­len elek­tri­schen Sti­mu­la­ti­on der Mus­keln (FES) gibt. Da liegt das Pro­blem in der Ermü­dung der Mus­keln. Lösun­gen braucht es bei der geziel­ten Anspra­che der Mus­keln durch die Elek­tro­den und der nöti­gen Hard­ware. Die FES-Fahr­rad­ren­nen wer­den zei­gen, wohin die Rei­se geht.

OT: Wel­che Erwar­tun­gen haben Sie an den nächs­ten Cybathlon?
Wolf: Dass es uns wie­der gelingt, weg­wei­sen­de Ent­wick­lun­gen anzu­sto­ßen, die letzt­lich den Betrof­fe­nen nut­zen. Dass wir gro­ße Auf­merk­sam­keit für die High­tech-Ent­wick­lun­gen in der Hilfs­mit­tel­bran­che wecken und natür­lich für die Pati­en­tin­nen und Pati­en­ten. Wir möch­ten Berüh­rungs­ängs­te abbau­en und zei­gen, was rea­lis­tisch ist. Wel­che Tech­no­lo­gien es bereits gibt, die kör­per­li­che Ein­schrän­kun­gen kom­pen­sie­ren kön­nen. Noch gibt es Gren­zen der Robo­tik bei Exo­ske­let­ten, bei Roll­stüh­len, bei Brain-Com­pu­ter-Inter­faces – die wol­len wir ver­schie­ben. Wir hof­fen, dass mehr Ent­wick­ler ihre Algo­rith­men offen­le­gen. Spe­zi­ell bei Brain-Com­pu­ter-Inter­faces. Denn unter Labor­be­din­gun­gen gab es schon gute Ergeb­nis­se zum Bei­spiel bei der Roll­stuhl­steue­rung. Die­se müs­sen breit wei­ter­ent­wi­ckelt wer­den. Ich wür­de mich freu­en, wenn durch den Cyb­ath­lon ein Bench­mark der Algo­rith­men ange­regt wird.

OT: Woher kom­men die Teams, die am Cyb­ath­lon teilnehmen?
Wolf: Aus Euro­pa, Afri­ka, Asi­en – und dort nicht nur aus einem High­tech- und Robo­tik­land wie Japan, son­dern genau­so aus Indi­en. Das freut uns, denn wir möch­ten Teams dabei­ha­ben, auf deren Märk­ten es stark auf die Kos­ten der Gerä­te ankommt, die unter extrem schwie­ri­gen Markt­be­din­gun­gen krea­tiv sein müs­sen. So ist güns­ti­ge Arm- und Bein­pro­the­tik in Afri­ka und Indi­en ein gro­ßes The­ma. 2016 gehör­te eine Eigen­kraft-Arm­pro­the­se zu den Gewin­nern. Das Prin­zip dahin­ter war kei­ne hoch­kom­ple­xe Tech­nik, son­dern ein Seil­zug, der über die ande­re Schul­ter eine Greif­zan­ge beweg­te. Auch aus sol­chen ein­fa­chen Lösun­gen kann man lernen.

OT: Wie vie­le Teams wer­den bei der zwei­ten Auf­la­ge antreten?
Wolf: Bis­her haben sich 77 Teams ange­mel­det, mehr als zur Pre­mie­re. Zu zwei Drit­teln sind es Stu­die­ren­de. Das fin­de ich toll, denn beim Cyb­ath­lon wer­den sie kon­fron­tiert mit den Her­aus­for­de­run­gen, die Men­schen mit Behin­de­rung meis­tern müs­sen – und neh­men die­se Sen­si­bi­li­sie­rung an ihre künf­ti­gen Arbeits­plät­ze mit. Ein unschätz­ba­rer Mul­ti­pli­ka­tor­ef­fekt, der zur Inklu­si­on beiträgt.

OT: Was wol­len Sie durch den Cyb­ath­lon in der Gesell­schaft bewirken?
Wolf: Wir möch­ten den Betrof­fe­nen hel­fen, wie­der in den ers­ten Arbeits­markt zu kom­men. Das muss gesell­schaft­lich gewollt sein. Auf der ande­ren Sei­te möch­ten wir nie­man­den vor­schrei­ben, die High­tech-Mög­lich­kei­ten zu nut­zen. Es darf kei­ne Dis­kri­mi­nie­rung, kei­nen Zwang geben – und eben­so wenig einen Aus­schluss von den neu­es­ten Technologien.

Das Inter­view führ­te Cath­rin Günzel

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