Assistenzsysteme erleichtern Teilhabe im Alltag Kompakte und robuste Antriebssysteme für mehr Mobilität

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Das Enhanced Team der OST entwickelt innovative Hilfsmittel wie Rollstühle und Exo- skelette, um die Mobilität und Selbstständigkeit körperlich beeinträchtigter Menschen zu verbessern. Mit Faulhaber als Partner entstehen praxistaugliche Lösungen. Dazu gehört der Hybrid-Rollstuhl mit Mini-Antrieben.

Das Enhanced Team der Ostschweizer Fachhochschule (OST) in Rapperswil hat sich im Medtech Lab dem Ziel verschrieben, das Leben körperlich beeinträchtigter Menschen zu verbessern. Dazu wollen seine Mitglieder körperlich eingeschränkten Personen alltägliche Herausforderungen erleichtern wie Treppensteigen, an einen Tisch sitzen, in einen Bus ein- oder aussteigen oder durch eine Tür gehen. Wissenschaftler und Ingenieure beschäftigten sich mit der Frage, welchen Beitrag innovative Technik hierbei leisten kann. Damit dabei auch wirklich relevante Lösungen entstehen, arbeitet das Team eng mit verschiedenen betroffenen Personengruppen zusammen.

Das können Paraplegiker sein ebenso wie Orthopädie-Techniker oder Angehörige von körperlich Beeinträchtigten. Ausgangspunkt für die Entwicklungen ist dabei stets ein tatsächliches Problem. In enger Absprache mit Betroffenen werden in einem iterativen Prozess Konzepte erdacht, konstruiert, entwickelt und immer wieder getestet, bis sie den realen Alltagsanforderungen zuverlässig begegnen.

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Für mehr Mobilität und Unabhängigkeit

In den knapp zehn Jahren der bisherigen Entwicklungsarbeit sind ein innovativer Rollstuhl (Robility Enhanced), ein Exoskelett (Varileg Enhanced) und eine Exoskelett-Rollstuhl-Kombination (Enhanced Hybrid) entstanden. Das Projekt Robility Enhanced steht für Innovationen und Weiterentwicklung im Bereich Rollstuhl. Mit dem Modell «ZED evolution» hat das Team einen Rennrollstuhl gebaut, der weit mehr kann als klassische Rollstühle. Er kann Treppen steigen, Türen öffnen und sich um die eigene Achse drehen. Hinter Varileg Enhanced stecken Forschungen und Entwicklungen rund um ein aktives Exoskelett ähnlich einem «Ironman Suit», das die Bewegung von Knie- und Hüftgelenk ermöglichen soll und somit Querschnittsgelähmten den aufrechten Gang.

Mit dem Enhanced Hybrid schliesslich begeben sich die Forscher auf Neuland: Die Vision des Teams ist es, eine Kombination aus Rollstuhl und Exoskelett zu entwickeln, die die Vorteile beider Assistenzgeräte vereint. Man kann sich das wie eine Art «Transformer» vorstellen: ein Rollstuhl, der sich auf Knopfdruck in ein Exoskelett umbaut. Dies ermöglicht grössere Mobilität und Unabhängigkeit für Querschnittsgelähmte im Alltag. Dem Enhanced Team ist es zudem gelungen, mit dem Hybrid auch auf die Krücken zu verzichten, die in der Regel bei Exoskeletten nötig sind.

Kleine Antriebe, grosse Wirkung

Der Rollstuhl zeigt auch – exemplarisch für alle Lösungen der Forscher – welch wichtige Rolle die eingesetzte Antriebstechnik spielt. Sie wird natürlich für die Fortbewegung nötig. Aber auch für Sitzverstellung, das Ausfahren zusätzlicher Stützvorrichtungen oder für Bewegungen im Greifmodul, das beispielsweise beim Öffnen von Türen genutzt wird, werden die passenden Antriebslösungen benötigt. Damit sich die Assistenzsysteme insgesamt als zuverlässig und robust erweisen, sind auch entsprechende Antriebe gefragt. Silvia Rohner, Team Leader Medtech Enhanced Team berichtet: «Wir brauchen sehr starke Antriebssysteme, die möglichst gewichtslos und möglichst klein sind, damit sie nahezu verschwinden.»

Da passt es natürlich gut, dass die Antriebsexperten von Faulhaber das Projekt seit mehr als sieben Jahren unterstützen, und zwar mit Beratung und technischen Lösungen ebenso wie mit Sponsoring. Für Funktionalität und Wendigkeit des Rollstuhls sind insgesamt sieben Faulhaber-Motoren verbaut.

Ein DC-Kleinstmotor aus der Serie 3890...CR beispielsweise sorgt dafür, dass der Sitz mühelos vor- und zurückbewegt werden kann, um bedürfnisgerecht verschiedene Positionen einzunehmen oder den Schwerpunkt zu verlagern, beispielsweise beim Treppensteigen.

Ist der Sitz vorne, kann der Nutzer bequem an einen Tisch heranfahren. Für die Fahrt über längere, ebene Strecken können die Beine in der hinteren Position ausgestreckt oben liegen. Auch die Räder des Rollstuhls werden von leistungsstarken Faulhaber-Motoren angetrieben. Bürstenlose Flachmotoren der Baureihe BXT ermöglichen es, dass der Rollstuhl in alle Richtungen losfahren und auf engstem Raum manövrieren kann. Die Antriebe überzeugen durch hohes Drehmoment bei geringem Gewicht bzw. Einbauvolumen.

Forschen für Assistenzsysteme

Cybathlon: Technik im Wettbewerb

Wettkampferprobte Lösungen

Wie zuverlässig die Entwicklungen funktionieren, testen die Entwickler auf ihrer hausinternen Teststrecke. Einen weiteren Schritt in Richtung Praxiserprobung geht das Entwicklungsteam dann beim Cybathlon, einem Wettkampf, bei dem auf verschiedenen Parcours Piloten mit Assistenzsystemen unterschiedlicher Hersteller gegeneinander antreten.

Für das Enhanced Team landete Rolf Schoch beim Wettkampf 2024 sowohl mit dem Rollstuhl als auch mit dem Exoskelett auf Platz zwei und das obwohl er beim Exoskelett als Ersatz für den geplanten Piloten einsprang. Ein Ziel des Cybathlon ist es, Forscher und Entwickler dazu zu animieren, Technologien zu schaffen, die besser funktionieren und von Menschen mit körperlicher Beeinträchtigung akzeptiert werden und somit Lebensqualität und Autonomie der Betroffenen zu optimieren. So geht das Team aus dem Wettkampf nicht nur mit einem Pokal, sondern mit vielen Erkenntnissen zurück an die Weiterentwicklung, Forschung und Optimierung.

Demo für Mini-Exoskelett

Um Technik nutzbar zu machen, muss sie immer wieder auch potenziellen Nutzern bekannt gemacht werden. Für Präsentationen auf Messen beispielsweise helfen mechatronische Demos. Ein Modell des Enhanced Hybrids zeigt, was mit dem Exoskelett-Rollstuhl möglich ist.

Dabei überwindet eine Modellfigur im Mini-Exoskelett typische Alltagshindernisse. Über ein Förderband nähern sich der Modellfigur dazu verschiedene Hindernisse. Das Verhalten der Figur kann über Knöpfe ferngesteuert werden. Auch hierbei sind Faulhaber-Antriebe im Einsatz, die für die richtigen Bewegungen im richtigen Moment sorgen wie zum Beispiel ein bürstenloser Motor der Serie B (1628 ... B). Die Antriebe zeichnen sich durch Präzision, eine sehr lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit aus. In der Demo ist er kombiniert mit einem Planetengetriebe der Serie 16/7, 246:1.

Das Getriebe benötigt mit 16 mm Durchmesser und 29,4 mm Länge wenig Bauraum und hat dennoch ein Dauerdrehmoment von bis zu 300 mNm. Die Antrieb-Getriebekombination sorgt dafür, dass das Demo die gewünschte Position einnehmen kann.

Das Enhanced Team ist dankbar für die langjährige Zusammenarbeit mit Faulhaber, die nahezu seit Beginn des Projektes besteht in Form von passenden Kleinstantrieben, aber auch mit fachlicher und finanzieller Unterstützung.

Wer dem Team über die Schulter schaut, staunt, was heute schon möglich ist und wird gleichzeitig angesteckt von einer Vision, die so viel grösser ist. Das Team träumt von Lösungen, die sich so einfach wie eine Hose anziehen lassen und dann beim Gehen unterstützen. Man darf also auf weitere Entwicklungen gespannt sein.

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