Unabhängigkeit und Mobilität durch Robotik – Wie Exosuits Menschen mit Parkinson helfen können

Bescheidene, aber lebensverändernde Exoskelette

Seit der Veröffentlichung von Heinleins Klassiker Starship Trooper im Jahr 1959 ist die Science-Fiction stets bestrebt, die Nutzung mobiler Rüstung, genannt ‘Exosuits’ oder ‘Exoskelette’, vorherzusagen. Im echten Leben sind wir noch weit davon entfernt, ein solches System routinemäßig von cool aussehenden Weltraummarines einsetzen zu lassen.

Aber realistischere Formen von robotischen Exoskeletten werden jetzt entwickelt, um Menschen mit eingeschränkter Mobilität zu helfen oder Arbeiter in Fabriken und Lagerhäusern zu unterstützen.

Ein Beispiel dafür ist ein neuer robotischer Exosuit, der von der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences entwickelt wurde. Er hilft Patienten mit Parkinson-Krankheit, ihre Mobilität zurückzugewinnen.

Genauer gesagt hilft er, das Problem des „Gehblockierens“ zu lösen, bei dem ein Schritt plötzlich durch eine neurodegenerative Erkrankung unterbrochen wird. Dies kann die Mobilität verringern, Stürze verursachen und sogar Parkinson-Patienten vollständig am Gehen hindern.

“Das robotische Kleidungsstück, das um Hüfte und Oberschenkel getragen wird, gibt den Hüften einen sanften Schub, wenn das Bein schwingt, und hilft dem Patienten, einen längeren Schritt zu erreichen.”

Diese mechanische Unterstützung kann Patienten weiter, schneller und leichter gehen lassen.  Dies ist die neueste Iteration von Conor Walshs Biodesign Lab‑Robottechnologie zur Unterstützung der Mobilität.

Quelle: Harvard

Frühere Systeme haben gezeigt, dass sie Menschen nach Schlaganfällen, ALS‑Patienten (Amyotrophe Lateralsklerose) und anderen mobilitätsbeeinträchtigenden Erkrankungen helfen.

Warum jetzt?

Obwohl Prototypen solcher robotischen Unterstützung seit über einem Jahrzehnt entwickelt werden, ist der Schritt zur Kommerzialisierung und breiten Nutzung heute deutlich näher.

Ein entscheidender Faktor war die Entwicklung deutlich leistungsfähigerer Batterien. Sie ermöglichen, dass die robotischen Anzüge länger mit Strom versorgt werden und gleichzeitig leichter und weniger sperrig sind.

Es gab außerdem Fortschritte bei fortschrittlichen Materialien, die sich wie biologischer Muskel biegen und zusammenziehen können, im Gegensatz zu den anfänglichen Ansätzen mit primitiven Kolben und Zahnrädern. Dies ist ein zentraler Bestandteil des Harvard‑Exosuits, dessen „weiches“ Design sanftere Bewegungen und ein geringeres Gewicht ermöglicht.

Und natürlich ermöglicht die weit verbreitete Nutzung von Smartphones praktische Apps zur Überwachung des Exosuits.

Ein aufstrebender Markt

Der Exoskelett‑Markt wird auf 523 Mio. $ im Jahr 2022 geschätzt und könnte bis 2032 auf 2,2 Mrd. $ wachsen, bei einer jährlichen Wachstumsrate von 15,5 % geschätzt. Derzeit wird er vor allem durch medizinische Anwendungen – hauptsächlich Rehabilitation – sowie neurologische Probleme angetrieben.  Der Schutz der Wirbelsäule vor Verletzungen beim Heben schwerer Lasten ist ein weiteres wachsendes Marktsegment. Bis Ende der 2020er‑Jahre könnte diese Nutzung von Exoskeletten deutlich verbreiteter sein.

Aktiv Kraft bereitstellende, motorisierte Exoskelette sind wahrscheinlich der nächste Schritt, wobei eine breitere Nutzung voraussichtlich erst ab 2030‑2040 zu erwarten ist und zu vielfältigen industriellen und militärischen Anwendungen führen könnte.

Innovationen mit Energieantrieb

Ein weiterer Schritt in der Exosuit‑Innovation wird wahrscheinlich durch die Integration weiterer Neuerungen in die bestehenden Designs erfolgen.

Künstliche Intelligenz (KI)

Mit den Fortschritten im maschinellen Lernen wird KI ein großer Schritt sein, um Exosuits reaktiver und nützlicher zu machen. Wenn Boston Dynamics (jetzt Teil von Hyundai – HYMTF) seinen Atlas‑Roboter tanzen lassen und einen Rückwärtssalto ausführen lassen kann, könnte ein ähnlicher KI‑gestützter Exosuit seinem Träger helfen, stabil und komfortabel zu bleiben.

Quelle: Boston Dynamics

Sobald die Technologie vollständig ausgereift ist, stellen sich manche sogar vor, dass Lösungen wie Atlas für Gelähmte oder Amputierte laufen können und Rollstühle vollständig ersetzen. Begrenzte Exosuits, die zum Beispiel nur ein Bein ersetzen, könnten ähnlich eingesetzt werden, ohne das Niveau eines vollständigen bionischen Implantats zu erreichen.

Additive Fertigung

Eine weitere nützliche Technologie wird der 3‑D‑Druck / die additive Fertigung sein. Damit können zunächst komplexe Bauteile zu geringeren Kosten entworfen und manchmal Bauteile hergestellt werden, die mit herkömmlichen Methoden völlig unmöglich zu fertigen wären. Außerdem ermöglicht er die Produktion von Ersatzteilen und deren Einzelreparatur, anstatt auf Serienfertigung und Lagerbestände angewiesen zu sein.

Schließlich wird der 3‑D‑Druck deutlich anpassbarere Exosuits ermöglichen, mit variablen Größen, Passformen, Stärken usw., die jeweils exakt den Anforderungen jedes Benutzers entsprechen.

Exoskelett‑ & Exosuit‑Unternehmen

Medizinische Exosuits

1. Ekso BIONICS

(EKSO )

Ekso BIONICS ist ein führendes Unternehmen im Bereich Exoskelett‑Technologie und brachte 2012 das erste kommerzielle medizinische Rehabilitations‑Exoskelett auf den Markt. Seitdem hat es die Zulassung für seine ABI‑ und EVO‑Anzüge erhalten.

Während es im Arbeits‑/Schwerlastsegment expandiert, konzentriert sich das Unternehmen nach wie vor hauptsächlich auf Therapien und medizinische Mobilität.

Die Unternehmensumsätze sind schnell gewachsen (+38 % im Jahresvergleich 2023).

Quelle: Parker

Es hat kürzlich die Business Unit Human Motion and Control (HMC) von der Parker Hannifin Corporation übernommen, um seine motorisierten Exoskelette für Menschen mit Lähmung in das Portfolio aufzunehmen.  Dies könnte darauf hindeuten, dass Ekso ein gutes Potenzial hat, ein Serienkäufer im Exoskelett‑Sektor zu werden und sein Angebot durch eine Mischung aus interner F&D und strategischen Übernahmen zu erweitern.

2. ReWalk Robotics

(RWLK )

ReWalk bietet Exoskelett‑Lösungen für die Schlaganfall‑Rehabilitation und für Menschen mit Rückenmarksverletzungen an.  Das Unternehmen hat bisher mehr als 600 Einheiten verkauft, mit Fokus auf Deutschland und die USA.

ReWalk hat Anfang 2024 seine erste Medicare‑Deckung erhalten, was dank der Versicherungsdeckung die Möglichkeit eines deutlich größeren Marktes eröffnet.  ReWalk erwarb AlterG im August 2023 für 19 Mio. $, einen Hersteller von Laufbändern, die auf Rehabilitationstherapien spezialisiert sind, ein ergänzendes Angebot zu den ReWalk‑Exoskeletten.

Quelle: Rewalk

Die Synergien zwischen den beiden Unternehmen, die dieselben Rehabilitationszentren und Therapeuten anvisieren, sollten beiden Unternehmen helfen, durch die Kombination ihrer Vertriebsaktivitäten zu wachsen. Die zunehmende Deckung für Exoskelett‑Therapien und AlterG‑Produkte wird vom Unternehmen auf einen TAM (Total Addressable Market) von mehr als 2,255 Mrd. $ allein in Deutschland und den USA geschätzt.

3. Cyberdyne

Cyberdyne ist vor allem für die Herstellung des HAL (Hybrid Assistive Limb) Exoskeletts bekannt. Dies ist eine Lösung, die kleine Nervenimpulse erkennt und verstärkt, um dem Patienten bei gewünschten Bewegungen zu helfen.

Neben dem HAL verfügt Cyberdyne über ein Exoskelett für die oberen Gliedmaßen und Knie, das ein einzelnes Gelenk unterstützt.  Das System wird derzeit für medizinische Zwecke eingesetzt, könnte jedoch das zukünftige Design leistungsfähigerer Exoskelette sein, die die körperlichen Bewegungen von Arbeitern vollständig mit Robotik verstärken und einem Iron‑Man‑ähnlichen Anzug näher kommen.

Das Erkennen winziger Nervenimpulse kann auch dazu verwendet werden, Patienten bei der Kommunikation zu unterstützen, selbst bei eingeschränkter Sprechfähigkeit, mithilfe der CYIN‑Technologie des Unternehmens.

Quelle: Cyberdyne

Das Unternehmen nutzt zudem seine Expertise in Robotik und Sensorik, um Reinigungsroboter, Transportroboter und ein System für photoakustische Bildgebung zu verkaufen.

4. Trexo Robotics

Trexo ist auf die Entwicklung robotischer Unterstützung für Kinder mit Behinderungen wie zum Beispiel Zerebralparese spezialisiert.

Dies ist eine Nischen‑, aber wichtige Rolle, da Kinder nicht dieselben Bedürfnisse und Fähigkeiten wie Erwachsene in der Rehabilitation haben. Es ist auch eine lebensverändernde Fähigkeit für ein Kind, endlich freier bewegen zu können.

Quelle: Trexo

Es ist zudem ein wirkungsvolles therapeutisches und lebensqualitätsverbesserndes Werkzeug für seltene Krankheiten, für die möglicherweise jahrelang oder jahrzehntelang keine funktionalen Therapien existieren.

Kommerzielle Exosuits

1. SUITX by Ottobock

SUITX ist ein weiteres nicht‑motorisiertes Exoskelett, das sich auf Branchen wie die Automobil- und Logistikindustrie konzentriert, um Mitarbeitern das Heben schwerer Lasten zu erleichtern und das Risiko von Wirbelsäulenverletzungen zu reduzieren. Das Unternehmen hat bereits über 2000 Unternehmen, die seine Produkte nutzen.

Leider ist es für nicht‑akkreditierte Investoren noch nicht börsennotiert.

Quelle: SuitX

Militärische Exosuits

Der SABER (Soldier Assistive Bionic Exosuit for Resupply) ist ein 3‑Pfund‑Anzug, der vom US‑Heer in Zusammenarbeit mit der Vanderbilt University entwickelt wurde. Zum Ärgernis von Science‑Fiction‑ oder Iron‑Man‑Fans ist es unwahrscheinlich, dass der Anzug im Kampf eingesetzt wird; er wurde für einen viel alltäglicheren (aber ebenso wichtigen) Zweck entwickelt: Logistik.

Quelle: Herowear

Militärpersonal muss schwere Lasten heben, wodurch sie einem hohen Risiko für Rückenverletzungen ausgesetzt sind. Dies ist ein „leichtes, unauffälliges, nicht‑motorisiertes tragbares Werkzeug“.

Zuvor arbeitete die Vanderbilt University an einem ähnlichen Exoskelett mit HeroWear, einem führenden Exosuit‑Hersteller; und Interwoven Design, einem führenden Unternehmen für Bekleidungs‑ und Produktdesign.  Herowear verkauft sein eigenes Design eines zivilen Exosuits zum Heben, das Apex 2, für etwas mehr als 1.000 $/Anzug.

Quelle: Herowear