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Roboteranzug: Das HAL-Exoskelett gibt Patienten neue Hoffnung

Deb Miller Landau iQ Managing Editor

Der Roboteranzug namens HAL („Hybrid Assistive Limb“) hilft Menschen mit eingeschränkter Mobilität ihre Bewegungsfähigkeit zurückzuerlangen.

Kunihiko Miyahara war ein begeisterter Surfer. Seine Frau Kaori blättert durch ein Fotoalbum und zeigt Aufnahmen, die ihren Mann beim Wellenreiten zeigen. Die Miyaharas lernten sich bei ihrer Arbeit als Schauspieler kennen. Dass sie damals ein Ehepaar darstellten, war bezeichnend, denn die beiden sind nun seit 20 Jahren glücklich verheiratet und gingen gemeinsam durch gute wie auch schlechte Zeiten.

Das schlimmste Ereignis, das die beiden überstehen mussten, war zweifelsohne der Unfall von Kunihiko: Er wurde von einem Motorrad angefahren, als er auf dem Fahrrad in Tokio unterwegs war. In wenigen Sekunden wurden nicht nur Kunihikos Träume vom Surfen zerstört, sondern auch seine Wirbelsäule. „Der Arzt sagte mir, dass ich nie wieder würde gehen können“, erzählt Kunihiko. Doch die rasanten Fortschritte im Bereich der Robotik geben ihm und anderen Menschen jetzt neue Hoffnung, ihre körperlichen Einschränkungen zumindest teilweise zu überwinden.

inspiration für den Roboteranzug

„Als ich neun Jahre alt war, las ich das Buch ‚Ich, der Robot‘, erinnert sich Dr. Yoshiyuki Sankai, Professor, Ingenieur und Gründer des Roboterherstellers Cyberdine. Isaac Asimovs Science-Fiction-Klassiker, in dem der Schriftsteller seine drei Robotergesetze festgelegt hatte, inspirierte Sankai schon in frühen Jahren. Das erste davon – nämlich Menschen zu schützen – stellte Jahrzehnte später einer der Grundsteine für die Entwicklung des Exoskeletts „Hybrid Assistive Limb“, kurz HAL, dar.

Der Roboteranzug erfasst die Signale des Nervensystems.
Der Roboteranzug erfasst die Signale des Nervensystems.

Der Roboteranzug, der ein wenig an die Stormtrooper aus Star Wars erinnert, funktioniert wie eine Art Cyborg – eine Fusion aus Mensch, Roboter und Informationssystem. Das mechanische Exoskelett erkennt die Signale des Nervensystems und unterstützt den Träger dabei, sein Gehirn erneut dahingehend zu trainieren, dass es besser mit dem Körper kommuniziert. Sankai zufolge kann der Anzug dadurch helfen, eingeschränkte körperliche Funktionen zu verbessern.

 Dank des Roboteranzugs kann Kunihiko Miyahara sich wieder besser bewegen.
Dank des Roboteranzugs kann Kunihiko Miyahara sich wieder besser bewegen.

 

Weiterleitung von Nervenimpulsen

Dafür befolgt HAL eine Reihe von Schritten: Das Gehirn sendet Nervensignale an die Muskeln, die es bewegen will. Die Haut leitet diese Impulse in Form bioelektrischer Signale weiter. Diese werden von HAL erkannt und der Anzug berechnet daraufhin, welche Bewegung erforderlich ist und wie viel Kraft dafür benötigt wird. Da die Bewegung in Echtzeit erfolgt, kann das Gehirn sensorische Nervensignale von Muskeln und Gelenken empfangen, was dem Träger gestattet, die beeinträchtige Körperfunktion zu verbessern.

Dr. Yoshiyuki Sankai entwickelte das HAL-Exoskelett.
Dr. Yoshiyuki Sankai entwickelte das HAL-Exoskelett.

„Nach jeder Therapiestunde mit dem Roboteranzug kann ich besser stehen, gehen und meine Arme verwenden“, freut sich Kunihiko. „Mein Körper verändert sich.“ Seine Frau erinnert sich, dass ihr Mann noch vor einem Jahr kaum bewegungsfähig war. Heute sei er auch mental ein vollkommen anderer Mensch. Dr. Sankai hebt hervor, dass genau dieser Aspekt den Roboteranzug zu etwas Besonderem macht: „Die Therapie mit HAL ist neben den physischen Aspekten auch in der Lage, die Denkweise und Emotionen der Menschen zu verändern“, sagte er. „Der Anzug gibt ihnen wieder Hoffnung.“

Die Technik hinter dem HAL-Exoskelett

Das HAL-Exoskelett sei dazu entwickelt worden, das Leistungsvermögen von Menschen zu verbessern, sagt Paul Tapp, Director of Technology bei Intel. Und hierfür bedarf es robuster Prozessorfunktionalität. „Im Roboteranzug HAL ist ein Intel Atom-Prozessor integriert“, erklärt er. „Dieser fungiert als zentrale Verarbeitungseinheit für sämtliche Sensoren und Mikrocontroller, die die Nervensignale vom Körper empfangen, diese interpretieren und als Daten zurückgeben.“

Da die Bewegungssensoren des Anzugs die Mobilität des Patienten dreidimensional verfolgen, kann HAL genau ermitteln, in welchem Ausmaß der Patient seinen Körper bewegen beziehungsweise nicht bewegen kann. Tapp erklärt, dass die Datenverarbeitung anhand einer Reihe komplexer Algorithmen erfolgt und Ärzte dadurch besser erkennen können, welche Art von weiterführender Therapie nötig ist.

Und er fügt hinzu, dass die heutige Robotertechnik sich erstaunlich häufig mit den futuristischen Ideen überschneidet, die wir aus alten Science-Fiction-Filmen kennen. „Wer sich den ‚erweiterten‘ menschlichen Körper der Zukunft ansehen will, muss nur einen Blick in die Sci-Fi-Werke der letzten 30 Jahre werfen“, sagt er. „Die Möglichkeiten, die Kinder, Teenager und sogar Erwachsene inspirieren, sind genau genommen der Anfang der heutigen Entwicklung.“ HAL leistete einen wichtigen Beitrag dazu, dass Kunihiko Miyahara heute wieder an seinen Körper glaubt. „Eines Tages“, erklärt er, „möchte ich ans Meer fahren und wieder auf einer Welle reiten.“

Dieser Artikel entstand unter Mitwirkung von Karli Petrovic.

 

Hinweis des Redakteurs: In der Artikelserie Experience Amazing beschäftigt sich iQ mit den faszinierenden und nahezu unglaublichen Möglichkeiten, die Computertechnik eröffnet. Wir schauen uns an, wie Computertechnik neue Möglichkeiten und Entdeckungen im Bereich der Wissenschaft, der Maker-Bewegung, der Modebranche sowie der Sport- und Unterhaltungsbranche voranbringt. Wenn Sie mehr über die Techniktrends hinter diesen Storys erfahren möchten, besuchen Sie Experience Amazing.

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