SMART-Assist

Durch den demographischen Wandel in Deutschland steht das Gesundheits- und Pflegesystem vor einer großen Herausforderung. Verbunden mit der steigenden Lebenserwartung, erhöht sich auch das Risiko altersbedingte Krankheiten zu erleiden, zum Beispiel einen Schlaganfall. Etwa 20-25% der Schlaganfallpatienten leiden auch nach der Rehabilitation unter erheblichen motorischen Einschränkungen. Diese motorischen Einschränkungen variieren dabei von Beeinträchtigungen beim Gehen und Sitzen bis zur halbseitigen oder vollständigen Lähmung. Beschränkt sich die Behinderung auf die Beine, so steht vielen Betroffenen mit modernen Elektro-Rollstühlen ein sehr ausgereiftes Hilfsmittel zur Verfügung. Betrifft die Lähmung jedoch die oberen Gliedmaße, so ist ein selbstbestimmtes Leben in der eigenen Wohnung nahezu unmöglich. Auch Unfall oder andere Krankheiten wie die Amyotrophe Lateralskelrose (ALS) oder die Spinale Muskelatrophie (SMA) können solch starke motorische Einschränkungen verursachen. Betroffene können selbst einfache Aktivitäten des täglichen Lebens, wie Essen oder Trinken, nicht ohne die Hilfe Dritter ausführen und sind daher auf intensive 24-Stunden-Pflege angewiesen.

Diesen Menschen können robotische Assistenzsysteme eine große Hilfe sein. Neuartige drehmomentgeregelte Leichtbau-Roboter und das damit verbundene Konzept von Soft-Robotics ermöglichen erstmals eine sichere direkte Mensch-Roboter Interaktion. Angebracht an einen Rollstuhl kann ein solcher Leichtbau-Roboterarm die Mobilität und Selbständigkeit der Betroffenen spürbar erhöhen. Auch wenn viele Gelähmte durch den Einsatz von Elektrorollstühlen mobil sind, stellen die eigene Haustür oder der Aufzug oftmals unüberwindbare Hindernisse dar. Kleinigkeiten, die für gesunde Menschen eine Selbstverständlichkeit sind, wie zum Beispiel einen Schluck zu trinken, sind für diese Menschen nicht ohne externe Hilfe zu bewältigen, können mittels eines Roboterarms am Rollstuhl aber wieder bewältigt werden.

Erste am Markt befindliche Systeme lassen sich mittels eines Joysticks steuern und erlauben das Greifen von Objekten über einen integrierten 3-Backen-Greifer. Diese Systeme erlauben es Menschen mit leichten motorischen Einschränkungen an den oberen Extremitäten wieder, einfache Aufgaben des täglichen Lebens selbstständig auszuführen und dadurch zumindest zeitweise eine Unabhängigkeit zurückzuerlangen.

Während derartige Systeme vielen Menschen somit eine große Hilfe leisten, gibt es jedoch gerade in der Bedienung und Einsatzfähigkeit noch Verbesserungspotential. So ist es vielen Menschen mit Behinderungen der oberen Gliedmaßen nicht möglich, den zur Steuerung vorgesehenen Joystick zu bedienen.

Am DLR Institut für Robotik und Mechatronik wird daher seit längerem an Schnittstellen zur Steuerung solcher Assistenzsysteme geforscht. In einer Pilotstudie wurde nachgewiesen, dass die Muskulatur von Menschen mit SMA weiterhin messbare Elektromyographie-Signale (EMG) erzeugt. Mittels dieser Signale konnten zwei aufgrund von SMA gelähmte Probanden einen Roboterarm fernsteuern und so Objekte greifen und wieder ablegen. Um komplexere Aufgaben, wie zum Beispiel das Einschenken von Wasser, sicher auszuführen, ist es jedoch notwendig, den Nutzer durch teilautonome Fähigkeiten des Roboters zu unterstützen. Die Idee ist, die gemessenen EMG-Signale auf die Aufgabe abzubilden anstatt auf die Bewegung des Roboters. Dabei nutzt der Roboter sein Wissen über die Welt, um die Intention des Anwenders vorherzusagen und die Aufgabe entsprechend auszuführen. Vereinfacht an dem genannten Beispiel ausgedrückt führt der Roboter die zum Einschenken notwendige Bewegung automatisch aus, wenn der Nutzer eine Wasserflasche nah an ein leeres Glas führt. Dieses Prinzip lässt sich bei vielen alltäglichen Aufgaben, wie dem Öffnen von Türen und Schubladen oder dem Drücken von Knöpfen anwenden.

Diese Technologie soll im Rahmen des Projektes SMART-Assist auf einem am Rollstuhl angebrachten Roboterarm entwickelt und demonstriert werden. Mit der Entwicklung von SMART-Assist wird die Benutzung von Assistenzroboterarmen erheblich vereinfacht beziehungsweise für viele Menschen mit schweren Behinderungen überhaupt erst möglich gemacht.

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