Wie lassen sich Rehabilitationsmaßnahmen mittels Robotik verbessern?

Rund eine Million Menschen in Deutschland leben mit den Folgen eines Schlaganfalls oder einer Schädel-Hirn-Verletzung. Im Alltag sind viele der Betroffenen auf Unterstützung angewiesen.

Hier setzt die Rehabilitationsrobotik an. Gemeinsam mit der rehaworks GmbH entwickelte das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) ein mobiles Exoskelett für die Oberkörperassistenz speziell zur robotergestützten Therapie nach einem Schlaganfall.

Das Recupera-Reha-Teilsystem sitzt am Oberkörper des Patienten und unterstütz die Bewegungsabläufe, beispielsweise der Oberarme. Im Bild stellt der Patient gerade ein Glas Wasser auf einer Ablage ab.
Das Recupera-REHA-Teilsystem soll mittelfristig zur medizinischen Rehabilitation eingesetzt werden. ©DFKI / Thomas Frank

Über drei Jahre arbeitete ein interdisziplinäres Forschungsteam des DFKI an Exoskeletten. Die im Projekt Recupera REHA konzipierten Systeme unterstützen den menschlichen Bewegungsapparat von außen. Das Ganzkörper-Exoskelett erfasst kinematisch annähernd den gesamten Bewegungsraum des menschlichen Körpers. Der Rehabilitation dient die Oberkörperkonstruktion, die von der flexiblen Beinkonstruktion getragen wird. Im Rahmen des Projektes „verselbstständigte" sich die Oberkörperkonstruktion. So entstand ein mobiles Exoskelett, das am Rollstuhl befestigt wird. „Nach einem Schlaganfall hilft physiologisches Training, das den Menschen an bestimmte Bewegungen wieder heranführt. Nur so können gesunde Bereiche des Gehirns die Funktionen der zerstörten Bereiche übernehmen. Unsere Exoskelette ermöglichen den Patientinnen und den Patienten ein intensives und nachhaltiges Training, wodurch sie verlorengegangene motorische Fähigkeiten wiedererlangen können“, erklärt Neurobiologin und Projektleiterin Dr. Elsa Andrea Kirchner (DFKI).

Recupera-Reha: Animation der Funktionsweise und Anwendung der Systeme

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Die Systeme kombinieren mechatronische Ansätze mit einem System zur Online-Auswertung von EEG/EMG-Signalen. Die zu behandelnde Person im Exoskelett selbst oder Helfende können das System betätigen und zwischen drei verschiedenen Steuerungsmodi wählen: Im ersten Modus lässt sich durch die Bewegung eines Armes der andere mitbewegen – dieser führt dann exakt die gleiche Bewegung aus wie der aktiv bewegte Arm. Der zweite Modus ermöglicht die Steuerung der Bewegung, die von einer dritten Person, zum Beispiel der Therapierenden, durch Führung eintrainiert wurde. Im dritten Modus kann das Exoskelett auf Basis von Rest-Muskelaktivität der Patientin oder des Patienten gesteuert werden. Dazu misst das System Elektromyografie-Signale (EMG-Signale), aus denen es die Bewegungsabsicht der zu behandelnde Person ableitet und ihn in seinen Bewegungsabläufen unterstützen kann. Hierbei kommt das Software-Framework reSPACE zum Einsatz, das die mobile Verarbeitung großer Datenmengen in Echtzeit mit Hilfe von Field-Programmable Gate Arrays (FPGAs) ermöglicht.

Das DFKI stellt das Projekt Recupera REHA auf der CEBIT-Expo vom 12. bis 15. Juni 2018 in Hannover vor.

31.05.2018