RoSylerNT lautet der Name des Forschungsprojekts, in dem sich Kuka seit 2017 gemeinsam mit der Deutschen Sporthochschule Köln und der RWTH Aachen engagiert. In Rahmen des Projekts wird ein roboterbasiertes System für das neuromuskuläre Training getestet. Während in diesem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützten Projekt die Deutsche Sporthochschule das Hauptaugenmerk vor allem auf physische Parameter legt, untersucht der Roboterspezialist aus Augsburg die psychosozialen Aspekte. Dazu zählen Angst und Vertrauen ebenso wie Technikakzeptanz.

Das Projekt ist spannend, da es den Nutzen von Robotern auch außerhalb der Produktionsanlage untersucht und dabei vor allem auf die gesellschaftliche Akzeptanz der mechanischen Helfer abzielt. Nadine Bender, Senior Analyst Social Impacts of Robotics in der Konzernforschung bei Kuka, fasst es zusammen: »Mit unseren Produkten verändern wir die Arbeitswelt, daher müssen wir uns mit den Auswirkungen dieses Wandels auf den Menschen beschäftigen. Dieser gesellschaftlichen Verantwortung sind wir uns bewusst.«

Drei Systeme, drei Anwendungen, verschiedene Tests

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurden verschiedene Geräte als lauffähige Testsysteme entwickelt, deren Auswirkungen nun an Probanden untersucht werden. Dabei handelt es sich um eine Roboter-Beinpresse, ein automatisierter Geh- und Lauftrainer, zum Beispiel für Patienten nach einem Schlaganfall, sowie eine roboterbasierte Tragehilfe, die beim Handhaben schwerer Gegenstände unterstützt.

Letztere wurde von Kuka entwickelt und besteht aus einer mobilen autonomen Plattform und zwei LBR iiwa. Getestet wurde es in Augsburg. 15 Probanden im Alter zwischen 18 und 49 Jahren absolvierten verschiedene Aufgaben mit dem MRK-System und beantworteten Fragen. Eine dieser Aufgaben war es, einen Tisch zu tragen – mal mit einem Menschen, mal mit einem Roboter. »Beim Tragen mit dem Roboter war klar, dass der Mensch die Kontrolle hat und der Roboter nur das macht, was er soll. So konnten Kommunikationsschwierigkeiten vermieden werden«, sagte einer der Probanden nach seinem Einsatz. »Insgesamt war die Kommunikation eindeutig. Vor allem durch das Tablet hat man klare Anweisungen bekommen.«

Direkte Mensch-Roboter-Interaktion

Denn neben Sensoren und einer Roboception-Kamera ist das System auch mit einem Tablet ausgestattet, das visuelles Feedback ermöglicht. »Die Testpersonen haben keine roboterspezifische Ausbildung. Durch das Tablet erfolgt die Kommunikation angenehmer und wir schaffen Vertrauen in die Interaktion«, begründet Nadine Bender von Kuka die technische Ausstattung.

Das System enthält außerdem Umgebungskarten, um die Navigation steuern zu können, sowie eine Fotodatenbank. Durch die integrierte Gesichtserkennung begrüßt der Roboter sein Gegenüber persönlich. Alle drei Systeme, also auch die Beinpresse und der Lauftrainer, können Haltung, Bewegung und Belastung des Menschen wahrnehmen und sich dadurch auf ihn und die jeweilige Situation anpassen. So gewährleisten die Roboter, dass Nutzer und Patienten nicht überlastet oder gar gefährdet werden. Eine Probandin erklärte: »Nach einer kurzen Eingewöhnungsphase habe ich schnell gemerkt, wie der Roboter auf mich reagiert, was er macht und was nicht. Zum Beispiel wusste ich so relativ schnell, dass er nicht zu hektischen Bewegungen neigt.«

Fokus auf Grundlagenforschung

Im Netzwerk mit der Sporthochschule in Köln und dem BMBF betreibt Kuka Grundlagenforschung. Zwar gibt es schon vereinzelte Untersuchungen zur Mensch- Roboter-Interaktion, in den Experimenten von  kommen aber zudem die psychosozialen Aspekte zur Geltung. Diese Erkenntnisse sollen dann auf andere Produkte übertragen werden. »Vor allem im Bereich der Pflege bekommt die Zusammenarbeit mit Robotern einen immer höheren Stellenwert. Aber auch in der Industrie arbeiten Menschen und intelligente Maschinen immer öfter in unmittelbarer Nähe zusammen«, betont Nadine Bender.

Noch bis 31. Januar 2021 läuft das Forschungsprojekt, in dem nun die Ergebnisse der Testwoche in Augsburg ausgewertet werden. Auch in Köln werden die beiden anderen Systeme im Herbst im selben Umfang evaluiert. Projektleiter Dr. Uwe Zimmermann sagt: »Im Moment geht es uns neben der psychosozialen Forschung zudem um die Entwicklung von innovativen neuen Technologien, die auch in andere Produkte einfließen können. Am Ende wollen wir ein lernendes Robotersystem entwickeln, das aktiv Kräfte aufbringt und dadurch für den Menschen zum interaktiven Helfer wird.«

Als interaktiver Helfer agieren Roboter bereits im RoboGym. Hier werden Fragen wie ‚Wie sieht die Zukunft des Trainings aus?‘, ‚Kann man Roboter zum Krafttraining einsetzen und damit möglicherweise gesteigerte Fortschritte erzielen?‘ oder ‚Wie weit ist die Technikakzeptanz in der Bevölkerung und unter Sportlern?‘ beantwortet.

RoboGym – Das Training für Spitzensportler

Mit Fragen rund um Sport und Robotik beschäftig sich Kuka schon lange. Ende 2014 zog der Roboterspezialist zur Beantwortung der Fragen seinen Systempartner BEC hinzu, der Anfang 2015 den ersten Prototypen, das RoboGym, vorstellte. 2017 entstand dann das bereits beschriebene Projekt RoSylerNT.

Das so genannte ‚RoboGym‘ soll möglichst bald marktreif sein und stellt in vielerlei Hinsicht eine Verbesserung zu herkömmlichen Trainingsmethoden dar. Was ursprünglich exklusiv für den Bereich des Spitzensportes geplant war, könnte die Art und Weise wie wir trainieren, künftig dauerhaft verändern.

Neue Bewegungsgeometrien

Während bei herkömmlichen Krafttrainingsgeräten nur eine lineare Belastung mit gleichbleibendem Gewicht möglich ist, kann das RoboGym auf Basis eines KR 160 nano durch hinterlegte biomechanische Skelettmodelle ganz neue Bewegungsgeometrien und eine Fokussierung auf einzelne Muskelgruppen ermöglichen. Die Probanden berichten von verbesserter Leistungsfähigkeit und einem absoluten Sicherheitsgefühl. Dank der verbauten Sensorik zur Kraftmessung und eingebauten Sicherheitsfeatures wie Sicherheitsräumen und Geschwindigkeitsüberwachung kann vor allem im Bereich der Rehabilitation, beispielsweise nach einem Kreuzbandriss, die maximale Belastung und das Bewegungsausmaß der einzelnen Partien so gesteuert werden, dass Folgeverletzungen vermieden werden und der Athlet schneller wieder sein gewohntes Level erreicht.

Drei Trainingsarten werden unterstützt

Bisher unterstützt das RoboGym drei verschiedene Trainingsarten: Neben der Beinpresse, gibt es die Möglichkeit der Knieextension, sowie eine Ruderübung für den Oberkörper. Die Daten werden in Echtzeit auf dem Bildschirm dargestellt und auf einer Cloud gespeichert. Durch Aktivierung des Geräts werden die Daten überall auf der Welt direkt abgerufen und das Gerät richtet sich individuell auf Größe und das gewünschte Trainingsgewicht ein. Durch die Erfassung der Daten ist ein wesentlich genaueres Screening möglich, in dem die tatsächlich aufgebrachte Kraft und die Bewegungen während jedes Übungsteils noch genauer einzusehen sind. So kann das Training individuell auf die eigenen Anforderungen angepasst werden. Martin Gerlich, CFO bei BEC, fasst das Engagement zusammen: »Unser Traum wäre es, wenn das RoboGym in ein paar Jahren zum Standard im Bereich Profisport und Rehabilitation werden könnte und in jedem Olympiastützpunkt zu finden ist.«