Kognitiv-motorische Interferenzen beim Exoskeletteinsatz

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Robert Sebastian Weidner; Professorin Dr. Bettina Wollesen
• Fachliche Zuordnung: Arbeitswissenschaft, Ergonomie, Mensch-Maschine-Systeme ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 565201563

Exoskelette zur Unterstützung verschiedener Körperregionen des Benutzers, erobern zunehmend verschiedene Anwendungsfelder im industriellen Umfeld. Neben der morphologischen Struktur sind die Unterstützungseigenschaften (z.B. bewegungs- und positionsabhängig) für eine präzise Bewegung und wirksame Unterstützung entscheidend und sollten keine kognitiv-motorischen Interferenzen (KMI; bei gleichzeitiger motorischer und kognitiver Aufgabe) erzeugen. Während biomechanische Aspekte (z.B. Muskelaktivität) bereits untersucht wurden, sind neuronale Korrelate der KMI bei einfachen oder komplexen Arbeitsaufgaben unter Verwendung eines Exoskeletts weniger berücksichtigt. Daher untersucht das Vorhaben in drei geplante Studien ((1) Bewertung der Einflussvariablen des Ressourcen-Allokationsmodells, (2) Bewertung entwickelter Funktionalitäten und (3) Bewertung der AI-Funktionalität in komplexen Arbeitsszenarien) systematisch verschiedene Intelligenzniveaus (IL) – unter denen verschiedene Unterstützungseigenschaften bezeichnet werden – von Exoskeletten im Hinblick auf die motorische und kognitive Leistung bei der Arbeit. Der gewählte Projektansatz kombiniert ingenieurswissenschaftliche Methoden mit psychologischen und biomechanischen Analysen. Für die technische Umsetzung wird das selbstentwickelte Exoskelett Lucy zur Schulterunterstützung weiterentwickelt und hinsichtlich der im Projekt entwickelten Funktionalitäten (ILs) validiert. Die Experimente integrieren die Simulation realer Arbeitsaufgaben anhand vorhandener Anwendungsmodelle und biomechanische Messungen zur Analyse der KMI. Die Einflussgrößen werden zunächst mit einem Exoskelett mit vordefinierten Funktionalitäten unter vorgegebenen kontrollierten Bedingungen untersucht. In drei Studien werden Bewegungsmuster und KMI untersucht, um weitere Erkenntnisse über die Gehirn-Körper-Interaktionen beim Tragen eines Exoskeletts zu gewinnen und das Modell der kognitiv-motorischen Ressourcenallokation in Bezug auf die Anwesenheit eines Exoskeletts anzupassen und zu verallgemeinern. Diese Forschung ermöglicht erstmals a) die Realisierung verschiedener Unterstützungsfunktionen innerhalb eines Exoskeletts (von passivem bis hin zu KI-gestütztem Systemverhalten) und b) die Bewertung verschiedener Unterstützungsfunktionen in Verbindung mit kognitiv-motorischen Leistungen. Die Ergebnisse werden es Entwicklern ermöglichen, bessere Unterstützungstechnologien zu entwickeln, die an bekannte und unbekannte Arbeitssituationen angepasst sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen