Wissenschaftler des Deutschen Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DFKI) und der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben ein Exoskelett entwickelt, das Handgriffe in der Schwerelosigkeit simulieren kann. Damit lassen sich auf der Erde Trainingsbedingungen wie unter Mikrogravitation nachahmen. Handgriffe, etwa für Reparaturen und wissenschaftliche Experimente in der Schwerelosigkeit, könnten so vorab geübt werden.

Die Feinmotorik eines Menschen könne von Mikrogravitation messbar beeinträchtigt werden, schreiben DFKI und UDE in einer Mitteilung. Bei schwierigen Aufgaben in der Schwerelosigkeit, wie etwa Reparaturen an Bord einer Raumstation und der dortigen Durchführung von Experimenten, muss jedoch jeder Handgriff exakt sitzen. Zudem steigt die kognitive und physische Belastung, wenn fehlerhafte Handgriffe wiederholt werden müssen.

Das im Projekt MIkroBEM entwickelte Exoskelett des Robotics und Innovation Center des DFKI und die UDE soll dabei helfen können, feinmotorische Bewegungsabläufe unter weltraumähnlichen Bedingungen unter der Schwerkraft der Erde zu simulieren. Es kompensiert das Gewicht des menschlichen Arms durch eine gezielte Kraftunterstützung und reduziert dadurch die Belastung. Die Simulation der Schwerelosigkeit erfolgt mithilfe von Künstlicher Intelligenz (KI). Dadurch kann die unterstützende Kraft individuell je nach Benutzer des Exoskeletts gesteuert werden, um so möglichst realistische Bedingungen simulieren zu können.

Erprobung

Um Überprüfen zu können, ob sich mittels des Exoskeletts ein Trainingseffekt erzielen lässt, nutzten die Forscher zwei Gruppen von Probanden. Die erste Gruppe übte mit dem Exoskelett über einen Zeitraum von mehreren Wochen hinweg die Aufgabe, mit dem Zeigefinger der rechten Hand die Mitte eines Bildschirms zu treffen. Der Arm wurde dabei abgedeckt, um bewegungskorrigierende Eingriffe durch visuelles Feedback zu vermeiden. Während des Versuchs haben die Forscher die Muskel- und Hirnaktivität, die Herzfrequenzvariabilität und die Bewegungstrajektorien der Probanden aufgezeichnet. Die zweite Gruppe trainierte die Aufgabe nicht. Sie wurde lediglich in das Experiment und dessen Aufbau eingewiesen.

Die beiden Probandengruppen mussten die Aufgabe dann unter Schwerelosigkeit durchführen. Dazu nahmen sie im Mai an der 46. Parabelflugkampange des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Bordeaux teil. Durch Parabelflüge mit dem dafür ausgerüsteten Airbus A310 „Zero G“ wurden so jeweils 22 Sekunden andauernde Schwerelosigkeiten erzeugt. Pro Flug wurden insgesamt elf Minuten Mikrogravitation erreicht.

Die Wissenschaftler zeichneten Daten von insgesamt 180 Parabelflügen auf. Messausfälle gab es dabei keine. Die Daten sollen nun ausgewertet werden, um herauszufinden, ob es einen Trainingseffekt durch die vorab durchgeführten Trainings mit dem Exoskelett gibt. Bereits zuvor wurden Daten erhoben, die darauf hindeuten, dass das der Fall ist. Die neu erhobenen Daten sollen diese Ergebnisse nach der Auswertung möglichst validieren.

Sollte sich der Trainingseffekt bestätigen, dann könnten Astronauten vor ihren Weltraummissionen mit einem solchen robotischen Skelett möglicherweise besser auf ihre Aufgaben im Weltraum vorbereitet werden.

(olb)