Exoskelette an Industrie-Arbeitsplätzen

Exoskelette zur physischen Unterstützung

Exoskelette sind technische Systeme, die am menschlichen Körper getragen werden. In industriellen Anwendungen haben sie das Ziel, gezielt Bewegungen zu unterstützen oder Körperregionen in Zwangshaltungen zu stabilisieren. Für eine gute Wirksamkeit ist die Abstimmung auf die Person und den Kontext elementar. Dies erfordert eine Berücksichtigung des Zusammenspiels von Mensch, Aktivität und Technik. Die meisten kommerziell verfügbaren Exoskelette zielen auf die Rücken- oder Schulterunterstützung ab. Bei der Systemgestaltung werden in der Regel Ansätze verfolgt, die entweder rigide Strukturen oder textilbasierte Materialien verwenden. Während die ersteren ein höheres Kraftpotenzial besitzen, bieten die letzteren Vorteile bei der Passform. Bezüglich der Unterstützung wird grundlegend in aktive, semiaktive und passive Exoskelette unterschieden. Aktive Systeme verfügen über eine externe Energiequelle und nutzen elektrische oder pneumatische Antriebe zur Erzeugung der Unterstützung, während passive Systeme Elemente wie Federn oder elastische Bänder zur mechanischen Speicherung und Freigabe der Energie verwenden. Semiaktive Systeme kombinieren die entsprechenden Merkmale. Derzeit sind für die industrielle Anwendung passive Exoskelette weiter verbreitet.

Erkenntnisse aus Studien mit Exoskeletten

Gemäß der Maßnahmenhierarchie des Arbeitsschutzes sind Exoskelette eine mögliche personenbezogene Initiative, die geeignet sein kann, wenn technische und organisatorische Maßnahmen ausgeschöpft oder nicht zweckmäßig sind. Studien zeigen unmittelbare Unterstützungseffekte durch Exoskelette. Dabei gilt es gleichermaßen objektiv messbare Effekte sowie subjektive Empfindungen zu berücksichtigen. Für Montagetätigkeiten in und über Kopfhöhe etwa ließ sich eine Reduzierung muskulärer Aktivität sowie ein verzögertes Einsetzen von Muskelermüdung feststellen. Ebenfalls zeigte sich in den Studien, dass Exoskelette ausschließlich in den adressierten Körperbereichen sowie in bestimmten Bewegungssequenzen und -bereichen unterstützen. Die erzielbare Unterstützung erfolgt zumeist nur partiell und variiert je nach der Art des Exoskelettes sowie Unterstützungssituation und Anwendungskontext. Bezüglich des Funktionsprinzips hat sich gezeigt, dass sich aktive Exoskelette durch ihre Möglichkeit einer differenzierten Unterstützung vor allem für Aktivitäten mit hoher Varianz und hohem Lastgewicht eignen, während passive Systeme speziell einen Effekt bei Bewegungen mit geringer Varianz und konstantem Lastgewicht liefern.

Zentral für eine mögliche Unterstützung durch ein Exoskelett ist, dass dieses passende Unterstützungseigenschaften für die Tätigkeit bereitstellt. Um die Akzeptanz und Gebrauchstauglichkeit zu gewährleisten, sollten gleichermaßen Haupt- und Nebentätigkeiten im Arbeitsprozess, PSA-Anforderungen, die Passform des Systems sowie dessen Funktionalität für den jeweiligen Anwendungskontext berücksichtigt werden. Aufbauend auf den Studienerkenntnissen wurden dazu Handlungsempfehlungen in Bezug auf die Auswahl, den Einsatz und die Bewertung von Exoskeletten abgeleitet, die Verantwortlichen in Unternehmen eine Hilfestellung bei der Einführung und Nutzung von Exoskeletten geben sollen. Empfehlungen für die Anwendung in der betrieblichen Praxis sind in einem Leitfaden ausführlicher beschrieben.

Zudem fließt das Anwendungswissen auch in weitere Initiativen wie Normungsaktivitäten zu Exoskeletten, die Erstellung einer DGUV-Schrift zu Exoskeletten am Arbeitsplatz oder Schulungsprogramme für Unternehmen ein. Letztere Initiative verfolgt das Ziel, Verantwortliche in Unternehmen für den Einsatz von Exoskeletten an manuellen Arbeitsplätzen zu qualifizieren. Das Programm umfasst vier Module, die auf die Bewertung von Arbeitsplätzen und Belastungen, das Verständnis zu verschiedenen Unterstützungsansätzen und -technologien, die Implementierung, Evaluierung von Anwendung von Exoskeletten sowie deren praktische Anwendung in Pilotstudien abzielen.