Interaktives Lokomotionsassistenz-Erfahrungs-Labor

• Fachliche Zuordnung: Systemtechnik
• Förderung: Förderung in 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 531419498

Die Unterstützung menschlicher Bewegungen durch robotische Systeme ist ein vielversprechender und zugleich anspruchsvoller Forschungsbereich. Motiviert durch gesellschaftliche Bedürfnisse, wie z. B. die alternde Bevölkerung, wird das Potential tragbarer Robotiksysteme zur Unterstützung, Wiederherstellung und zum Training motorischer Funktionen vielfältig untersucht. Aufgrund der engen Interaktion mit den menschlichen Nutzenden bestehen jedoch weiterhin viele offene Fragen zur Entwicklung der Systeme, Komponenten und Algorithmen, vor allem bei Berücksichtigung menschlicher Einflussfaktoren. Deshalb stellen tragbare Robotiksysteme ein Kernforschungsthema mehrerer Lehrstühle und Departments der Technischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) dar. Unser Ziel ist es, mensch-zentrierte Robotik zu erforschen und Lösungen zu finden, die hohe Funktionalität und nutzendenfreundliche Interaktionseigenschaften verbinden. Durch das neue „Interactive Gait Assistance Experience Lab“ sollen die Möglichkeiten zur experimentellen Untersuchung der Mensch-Maschine-Interaktion bei (Lokomotions-)Assistenzsystemen signifikant erweitert werden. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung biomechanischer und psychologischer Effekte in realitätsnahen Kontexten, um deren Wechselwirkungen mit unterschiedlichen technischen Umsetzungen zu analysieren und die Erkenntnisse systematisch in Methoden des Systems Engineering einfließen zu lassen. Neben der Simulation des Lokomotionsszenarios spielt dabei die Emulation der physischen Interaktion mit dem Assistenzsystem eine zentrale Rolle. Das Human-in-the-Loop Experimentalsystem dient der Analyse der Bewegungsunterstützung (der unteren Extremitäten): Durch die Kombination kommerziell verfügbarer Produkte zur Simulation physischer und kognitiver Interaktion können Nutzende unterschiedlichste robotische Assistenzsysteme in einer dynamisch-modifizierbaren virtuellen Umgebung erfahren. Hierdurch kann individuelle Interaktionserfahrung sowohl biomechanisch als auch psychologisch tiefer verstanden und schon während der technischen Entwicklung und somit vor der mechatronischen Umsetzung berücksichtigt werden. Das Großgerät kombiniert ein hochdynamisches, instrumentiertes Doppelgurt-Laufband, das durch zusätzliche Bewegungsfreiheitsgrade Perturbationen generieren kann, mit einem präzisen Motion Capture System, einem System zur Projektion virtueller (Lokomotions-)umgebungen sowie einem modularen System zur Emulation von Prothesen/Exoskelett-Komponenten, das den flexiblen Vergleich verschiedenster technischer Umsetzungen vor der eigentlichen Implementierung erlaubt. Mit dieser weltweit vermutlich einmaligen Gerätekombination soll die FAU Erlangen-Nürnberg nachhaltig für interdisziplinäre Spitzenforschung im Bereich der Bewegungsassistenz durch tragbare Robotiksysteme ausgestattet und somit die Grundlage für vielfältige (inter)nationale Kooperationen geschaffen werden.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Interaktives Lokomotionsassistenz-Erfahrungs-Labor
• Gerätegruppe: 3490 Sonstige medizinische Registriergeräte und Zubehör
• Antragstellende Institution: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Philipp Beckerle