Arbeitsunterstützende Exoskelette nach dem Prinzip des elastischen Insektenlpkomotion (EPI)

Mechanische Unterstützungssysteme für den Menschen werden die Gesellschaft im demographischen Wandel revolutionieren. Zunehmend drängen dabei Systeme auf den Markt, die nicht nur das technische System selbst im Fokus der Entwicklung sehen, sondern im Selbstverständnis auch die Ergonomie und Benutzbarkeit für den Nutzer berücksichtigen. Je besser sich das Unterstützungssystem an den Nutzer anpasst, ihn nicht einschränkt, sondern führt und unterstützt, desto größer ist die Akzeptanz, derartige Produkte einzusetzen. Bionische Systeme nutzen die Ergebnisse der biologischen Evolution und bilden die optimierten Wirkprinzipien der Natur in technische Systeme ab. Die Idee der Bionik ist es, ein biologisches Vorbild zu finden, das in der betrachteten Funktion dem technischen Problem ähnelt. Gelingt es, diese Funktion in die Technik zu übertragen und auf die Anwendung ohne Verlust zu skalieren, kann ein für den Nutzer besser angepasstes Unterstützungssystem entstehen als bei einer herkömmlichen Produktentwicklung.

Im vorliegenden Projekt soll anhand der Methode Bionik der Mechanismus des Heuschreckensprunges untersucht, auf das zugrundeliegende Wirkprinzip extrahiert, in die Technik übertragen und auf ein Unterstützungssystem in Form eines Exoskelettes für den menschlichen Gehapparat angepasst werden. Der interdisziplinäre Charakter des Projektes ist immanent und die verschiedenen Themenbereiche werden durch die Projektpartner ideal abgebildet.

Das Ziel des Projekts ist es, den Katapultstart der Heuschreckenhinterbeine strukturell und funktional zu entschlüsseln und ihn so über die Zeit zu strecken, dass der energiegeladene Sprungmechanismus in einen energieärmeren Bewegungszyklus für Exoskelette übertragen werden kann. Hierbei wird es darauf ankommen, die Art und Weise der Energieeinkopplung so menschenähnlich zu gestalten, dass der Bewegungsradius nicht eingeschränkt, das Nutzererlebnis groß, die Ergonomie hoch und letztendlich die Sicherheit für den Träger gegeben ist.

Ist der Heuschreckensprung entschlüsselt, wird ein mechanisches Ersatzmodell erstellt, im CAD konstruiert, numerisch unter dynamischen Belastungen simuliert und im 3D-Druck hergestellt. Parallel dazu werden die dynamischen Modelle der Sensor-Aktor-Kopplung und geeignete Regelungskonzepte in einem Programmsimulationssystem entwickelt, getestet und auf die Steuerungs-Hardware des Unterstützungssystems übertragen. Feldtests beim Anwendungspartner und Analysen zur Arbeitssicherheit runden das Projekt ab.

Projektlaufzeit

1.4.2019 - 31.3.2021

Projektleitung

Projektmitarbeiter/innen

Kooperationspartner

  • Karl Stahl
  • IFA - Arbeitsschutz
  • BSR
  • DGVO

Mittelgeber

Institut für angewandte Forschung Berlin (IFAF)

Förderprogramme

IFAF Förderlinien 1 und 4

Homepage

https://www.ifaf-berlin.de/projekte/epi/