Therapie-Revolution durch Trainingsroboter

Als zwei Schweizer Robotik-Ingenieure eine neue computergesteuerte Beinpresse entwickelten, hatten sie damit vor allem Sportler:innen im Visier. Dann stellte sich heraus, dass ihr Soft-Robotic-Training ungeahnte Therapieerfolge bei Verletzungen und Krankheiten ermöglichte.

Mit Beinpressen in Fitnesscentern hat dieses Gerät wenig gemein. Natürlich sind da ein Sitz und zwei Pedale, doch hier enden die Übereinstimmungen auch schon. Wer sich auf den Robotic Personal Trainer von ddrobotec setzt, begibt sich in die Obhut eines weltweit einzigartigen soft-robotischen Trainingspartners. Er ist mit modernsten Antriebs- und Sicherheitskomponenten aus der Industrie bestückt und besitzt ein lernfähiges Computersystem. Mensch und Maschine arbeiten eng zusammen – mit erstaunlichen Resultaten.

Im Kern steckt ein pneumatischer Muskel

Hinter dem Personal Trainer von ddrobotec stehen die beiden Robotikspezialisten Max Lungarella und Raja Dravid, Gründer der Dynamic Devices AG. Am Artificial Intelligence Laboratory der Universität Zürich entwickelten sie 2007 den ersten Prototyp.

Ihr Ziel war es, ein Hightech-Gerät für Sportler:innen zu bauen, eine hochdynamische Maschine, die alle Trainings überwacht, analysiert und daraus abgeleitet die nächsten Übungen vorschlägt. Als Kern des Geräts dient ein pneumatischer Muskel, der grosse Kräfte sehr schnell auf die Pedale überträgt. Damit lassen sich verschiedene herausfordernde Übungen zusammenstellen.

Beispiel: Mittels Pressen oder Beineanziehen soll einer am Bildschirm vorgegebenen Linie möglichst genau gefolgt werden. Gleichzeitig verstärkt der Computer die wirksamen Kräfte, entweder behutsam oder stossartig. Dies muss der oder die Trainierende laufend ausgleichen, was anstrengend, aber äusserst effektiv ist. Dabei wird nicht nur der Körper sondern auch das Gehirn trainiert. «Unser System fördert dieses dynamische Zusammenspiel», sagt Max Lungarella. Und das funktioniert sogar noch besser, als die beiden Entwickler sich das am Anfang vorstellen konnten.

Eher zufällig stiessen die beiden auf den positiven Effekt, den ihr Trainingssystem auf Patient:innen mit neuro-muskulären Erkrankungen oder orthopädischen Beschwerden hat. Einige Personen konnten ihre Beine auf dem robotischen Personal Trainer plötzlich wieder bewegen, wie es zuvor nicht mehr möglich schien. Und Schlaganfallpatient:innen machten bei der Wiederherstellung ihrer Motorik schnell grosse Fortschritte. Inzwischen werden diese Effekte auch durch Studien gestützt. Ein Umstand, der die Entwickler des soft-robotischen Trainingsgeräts dazu veranlasst hat, sich hauptsächlich auf die Rehabilitation zu spezialisieren. Und hier kommen die maxon Motoren ins Spiel.

Der bürstenlose DC-Motor EC 45 flat mit 45 Millimeter Durchmesser besticht durch hohe Drehmomentdichte und ein kompaktes Design.

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Um den Robotic Personal Trainer als Medizingerät zu zertifizieren, braucht er eine entscheidende Sicherheitskomponente: einen verstellbaren Anschlag, der verhindert, dass die Presse einen gewissen Winkel überschreitet. Gerade bei Patient:innen, die ihre Knie nicht mehr voll beugen können, ist dies ein wichtiger Schutzfaktor. Ein bürstenloser DC-Motor EC 45 sorgt dabei für die individuelle Positionierung des Sicherheitsanschlags. Absolute Zuverlässigkeit ist ein wichtiges, wenn nicht sogar das wichtigste Kriterium für den Antrieb. «Bei einem maxon Motor können wir uns sicher sein, dass diese Vorgabe auch erfüllt ist», so Lungarella. Zudem seien die kompakte Bauweise und die integrierte Elektronik des Flachmotors weitere wichtige Punkte.

Erfolgreiche Kombination aus Antrieb und Steuerung

Ein weiterer maxon Flachmotor, ein EC 90 Aussenläufer, ist für die automatische Anpassung des Sitzes zuständig. ddrobotec, eine Marke der Dynamic Devices AG, hat den bürstenlosen Motor dazu mit einem Planetengetriebe und dem Servokontroller ESCON 50/5 kombiniert. Die maxon Antriebe sind somit ein wichtiger Bestandteil des Trainingsgeräts und sorgen für Komfort und Sicherheit der Patient:innen.

Der Robotic Personal Trainer wird zunehmend auch in Spitälern und Rehabilitationszentren eingesetzt.

Mit spielerischem Ansatz zum Erfolg

ddrobotec ist zwar noch eine recht junge Marke, trotzdem kann sie schon beachtliche Erfolge vorweisen. Dank der Zusammenarbeit von Fachkräften in der Konstruktion, Wissenschaft, Medizin und Therapie ist ein Trainingsgerät entstanden, das vielen Patient:innen Hoffnung auf gesteigerte Bewegungsfähigkeiten gibt. Entscheidend ist dabei die Trainingskomponente, die bisher in der Rehabilitationstherapie oft vernachlässigt worden ist. Wer auf dem Robotic Personal Trainer sitzt, soll gefordert werden. Denn wer von sich aus immer besser werden und bessere Ergebnisse erzielen will, kommt schneller zum Erfolg. Die richtige Motivation ist wichtig, weshalb ddrobotec grossen Wert auf die spielerische Komponente legt. Wenn Patient:innen mit den Pedalen einen simulierten Pinguin steuern, der auf dem Bauch einen Hang hinuntersaust und dabei möglichst viele Punkte machen müssen, tritt die Anstrengung in den Hintergrund und das Training läuft fast von selbst.

Erste Sportzentren, Spitäler und Reha-Zentren setzen bereits auf das neue Robotik-Training für Muskeln und Gehirn. Weitere Einrichtungen sollen folgen. Eine Expansion nach Japan und in den gesamten Euroraum ist der nächste Schritt. 

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Dynamic Devices, maxon motor