Was ist in der Robotik ein Exoskelett?

In der Robotik ist ein Exoskelett, auch als angetriebenes Exoskelett bekannt, ein angetriebener Anzug, der verwendet wird, um die menschliche Kraft und/oder Geschwindigkeit zu vergrößern. Das Konzept wurde in der Science-Fiction ausgiebig behandelt, aber erst seit kurzem gewinnt es in der realen Welt an Plausibilität. Das Konzept hat die meiste Aufmerksamkeit von den US-Militär- und Robotik-orientierten asiatischen Ländern wie Japan und Südkorea erhalten. Ab 2009 wurden Exoskelette gebaut, aber nicht weit verbreitet. Auch Exoskelette sind im Handel nicht weit verbreitet, aber das könnte sich bald ändern. Im Jahr 2008 begann ein Unternehmen, Cyberdyne of Japan, seine Anzüge zu vermieten.

Der erste ernsthafte Versuch, ein angetriebenes Exoskelett zu konstruieren, wurde 1965 von General Electric durchgeführt und hieß Hardiman. Die Absicht hinter dem Projekt war es, ein Exoskelett zu schaffen, mit dem eine Person 1500 lbs (680 kg) heben kann, fast eine Tonne. Das Projekt ist gescheitert. Versuche, das gesamte Exoskelett zu verwenden, führten zu heftigen unkontrollierten Bewegungen, die ein Glied des Benutzers von einem Glied gerissen hätten. Der Anzug selbst wog 1500 lb (680 kg) und konnte nur 750 lb (340 kg) heben, wenn er sich überhaupt bewegen konnte. Der Anzug wurde nie mit einer Person im Inneren angezogen.

Durchbrüche bei der Herstellung praktischer Exoskelette gab es erst Anfang der 2000er Jahre. Zu dieser Zeit zahlten sich jahrzehntelange Forschungen von Organisationen wie der US-amerikanischen Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) endlich aus. Verschiedene Gruppen bauten erfolgreich Prototypen von angetriebenen Exoskeletten. Einige derzeit existierende (begrenzte) Exoskelette umfassen Cyberdynes HAL 5, Hondas Exoskeleton Legs, die Beine der Biomechatronics Group des MIT Media Lab und das Sarcos/Raytheon XOS Exoskeleton. Die Spezifikationen dieser Anzüge variieren und einige wurden nicht veröffentlicht. Der HAL 5 (Hybrid Assistive Limb) wird so vermarktet, dass er die Hubkapazität des Benutzers um das Fünffache steigern kann.

Zwei Hauptanwendungen von Exoskeletten wären das Militär und die medizinische Versorgung. Für das Militär würden angetriebene Exoskelette es Soldaten ermöglichen, schwerere Waffen und mehr Werkzeuge und Munition zu tragen. Das Konzept eines angetriebenen Exoskeletts ist ein zentrales Thema in der Vision des US-Militärs für eine Armee der nächsten Generation. Im Januar 2007 wurde berichtet, dass das Pentagon dem Nanotechnologen Ray Baughman der University of Texas Gelder für die Entwicklung von Myomerfasern als „Muskel“ für angetriebene Exoskelette zur Verfügung gestellt hatte. Für die medizinische Versorgung haben Forscher an mehreren Universitäten in Japan weiche Exoskelette entwickelt, die medizinischen Betreuern helfen sollen, alte oder kranke Menschen zu tragen. Exoskelette könnten also sowohl im Krieg als auch im Frieden Anwendung finden.

Dennoch gibt es mehrere große Hindernisse bei der Entwicklung effektiver Exoskelette. Die größten sind die Verbesserung des Leistungsgewichts (was durch die Verwendung von Fasern anstelle von herkömmlicher Mechatronik unterstützt werden könnte) und der Batterielebensdauer.