Die Exosuits oder Exoskelette, die in der Bauindustrie eingesetzt werden, sind reif für Wachstum, sagt Dan Kara, der bis Dezember die Forschung mit Schwerpunkt Robotik bei ABI Research, einem Forschungsunternehmen für Technologieunternehmen, leitete.

ABI Research prognostiziert, dass allein der Markt für robotische Exoskelette im Jahr 2025 ein Volumen von 1,8 Milliarden Dollar erreichen wird, gegenüber 68 Millionen Dollar im Jahr 2014. In diesem Jahr werden etwa 6.000 Anzüge verkauft werden, hauptsächlich für die Rehabilitation. Bis 2025 rechnet ABI mit etwa 2,6 Millionen auf dem Markt.

Es gibt zwar eine Reihe von Unternehmen, die Exoskelett-Anzüge für den Einsatz im Bauwesen und in der Fertigung herstellen, aber im Bauwesen haben sie bisher nur begrenzte Fortschritte gemacht, und nur wenige, wenn überhaupt, Bauunternehmen haben sie übernommen. In der Zwischenzeit können Bauherren die Hersteller beobachten, die die Roboteranzüge testen, um festzustellen, wie sie in der Bauindustrie eingesetzt werden können.

Die Exosuits sind Metallgerüste, die mit motorisierten Muskeln ausgestattet sind, um die Kraft des Trägers zu vervielfachen. Das Metallgerüst der Roboteranzüge, auch Exoskelette genannt, spiegelt in gewisser Weise die innere Skelettstruktur des Trägers wider.

Durch den Anzug fühlen sich angehobene Gegenstände viel leichter und manchmal sogar schwerelos an, wodurch Verletzungen verringert und die Einhaltung der Vorschriften verbessert werden.

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Und die Bauindustrie wird diese tragbaren motorisierten oder nicht motorisierten Roboter-Exosuits in großer Zahl nutzen, zumindest einer Analyse zufolge.

Ein Grund dafür, dass die Roboteranzüge von den Bauarbeitern angenommen werden, sind ihre sinkenden Preise, sagt Kara. Zwei Anzugtypen, der Chairless Chair und die EksoWorks Vest, werden beispielsweise für jeweils etwa 5.000 Dollar verkauft, weit weniger als die Ganzkörperanzüge, die Gelähmten beim Gehen helfen.

Vom US-Militärprojekt zum Gesundheitswesen und darüber hinaus

Die Exoskelette wurden zunächst vom Militär entwickelt und haben den Weg vom Gesundheitswesen in die Fertigungs- und Landwirtschaftsindustrie gefunden, wo die Mitarbeiter ebenfalls schwere Lasten tragen und transportieren und sich auf repetitive Weise bewegen. Im Gesundheitswesen helfen die Anzüge Schlaganfallopfern, die Kraft ihrer Gliedmaßen wiederzuerlangen, oder helfen sogar Gelähmten, zu gehen oder ihre Arme zu benutzen.

Um 1965 herum begann General Electric mit der Entwicklung des Hardiman, eines großen Ganzkörper-Exoskeletts, das die Kraft des Benutzers um das 25-fache erhöhen sollte, um ihm beim Heben schwerer Gegenstände zu helfen. Das von der U.S. Army und der Navy gesponserte Projekt suchte nach einer Maschine, die beim Transport von Fracht oder Ausrüstung helfen konnte. Das Exoskelett wog 1.500 Pfund und bestand aus zwei Anzügen, einem, der am Bediener befestigt war, und einem externen, der Gegenstände trug.

Das hohe Gewicht des Geräts sowie Probleme beim An- und Ablegen führten dazu, dass die Entwicklung von Exosuits eine Zeit lang ins Stocken geriet.

Um das Jahr 2000 herum wurden Exoskelett-Roboteranzüge jedoch zunehmend für Benutzer im Gesundheitswesen zugänglich. Eine der ersten Anwendungen, der Lokomat, wird für die Gangrehabilitation bei Schlaganfall- und Rückenmarkspatienten eingesetzt, die den Anzug beim Gehen auf einem Laufband tragen.

Um das Jahr 2015 herum hielten die Anzüge Einzug in die industrielle Anwendung.

So kündigte Ekso Bionics mit dem Ekso Works Industrial Exoskeleton eine Expansion in die Bauindustrie und andere Branchen an. Der Anzug ermöglicht es dem Benutzer, Elektrowerkzeuge zu heben, als ob sie gar nichts wiegen, so Ekso.

Image Credit: EksoBionics

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Exoskelette können entweder passiv sein – d. h. ohne den Einsatz von Aktuatoren, Motoren oder Batterien, die beim Heben oder Ziehen helfen – oder aktiv, d. h. mit Aktuatoren, die diese Tätigkeiten unterstützen.

Typischerweise werden passive Systeme im Baugewerbe und in der verarbeitenden Industrie eingesetzt, da diese Anzüge preiswerter sind und keine Aktuatoren erforderlich sind, um den Benutzer des Exoskeletts von einer Nutzlast oder dem Körpergewicht zu entlasten.

Dieses industrielle Exoskelett von Ekso Works hat beispielsweise einen nicht angetriebenen Rahmen, d. h. es ist ein passiver Anzug ohne Aktuatoren oder Motoren. Laut Ekso kann er den ganzen Tag benutzt werden.

„Im Gegensatz zu den vorher gebauten Exoskeletten, die aufgrund der Batterielebensdauer nur für eine begrenzte Zeit verwendet werden konnten, könnte dies ein Wendepunkt sein“, sagt Ekso.

Weniger Verletzungen

Im Baugewerbe, in der Fertigung, in der Landwirtschaft und in anderen Industriezweigen, in denen die Roboterstrukturen eingesetzt werden, unterstützen die Exo-Anzüge die menschlichen Bewegungen, um mehr Hubkraft zu ermöglichen und die Produktion bei sich wiederholenden Aufgaben wie Hocken, Bücken oder Gehen zu verbessern, sagt Kara.

Wer die Exo-Anzüge trägt, ist auch weniger anfällig für schwere Verletzungen durch Unfälle oder Überarbeitung. Kara fügt hinzu, dass die Überanstrengung von Arbeitnehmern die Arbeitgeber in den USA jährlich rund 15 Milliarden Dollar an Entschädigungszahlungen kostet.

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Und Bauarbeiter tragen mehr als ihren gerechten Anteil an Überanstrengungsverletzungen davon. Nach Angaben des Bureau of Labor Statistics weisen sie eine der höchsten Raten von Muskel-Skelett-Erkrankungen pro Kopf der Bevölkerung auf. Diese Art von Verletzungen verringert die Anzahl der Jahre, die Bauarbeiter ihre Arbeit verrichten können, und kann sogar zu dauerhaften Schäden führen.

Typen von Exoskeletten für Bauarbeiter

In den letzten Jahren haben sich die Entwickler auf kleinere, spezialisiertere Exoskelettprojekte konzentriert, die auf einen bestimmten Körperteil abzielen, obwohl auch Ganzkörperanzüge verwendet werden.

In diesem Sinne lassen sich die heutigen Exoskelette in verschiedene Kategorien einteilen.

• Der Mounted Arm Exosuit

Die werkzeugtragenden Exoskelette bestehen aus einem federbelasteten Arm, der an einem Ende ein schweres Werkzeug hält und mit einem Unterkörper-Exoskelett und einem Gegengewicht verbunden ist. Das Gewicht des Werkzeugs wird auf den Boden übertragen. Diese Exoskelette sind in der Regel passiv und enthalten manchmal nur ein Gelenk, das für die Gewichtsabstützung ausreicht.

Ein Beispiel hierfür ist das EksoZeoG von Ekso Bionics. Das Exoskelett mit montiertem Arm wird nicht am Körper getragen, sondern die Arbeiter steuern den Arm, indem sie ihre Hand an dessen Ende ansetzen. Laut Ekso hilft das Exoskelett den Arbeitern, schwere Handwerkzeuge schnell zu benutzen, so dass sie ihre Arbeit schneller, mit weniger Ermüdung und in besserer Qualität erledigen können.

• Rückenunterstützungs-Exosuit

Bildnachweis: EksoBionics

Exoskelette, die eine Rückenunterstützung bieten, helfen den Arbeitern, wenn sie sich bücken, um einen Hebevorgang durchzuführen, und stellen wiederum sicher, dass sie auf die richtige Weise heben. Sie verringern die Belastung der Rückenmuskulatur beim Bücken und beugen Verletzungen durch wiederkehrende Belastungen vor. Sie stellen auch sicher, dass die Benutzer beim Bücken die richtige Haltung einnehmen, um Muskelverletzungen zu vermeiden.

• Armstütze

Bildnachweis: EksoBionics

Einige Anzüge sind einfache Arme, die den Arbeitern helfen, schwere Werkzeuge zu heben, während umfangreichere Exoskelette Schulter- oder Armunterstützung bieten. Die EksoWorks Vest ist ein Schulter- und Armstütz-Exoskelett mit einer Kopfstütze, die die Belastung durch ständiges Arbeiten mit schweren Werkzeugen oberhalb der Hüfthöhe verringern soll. Sie verbraucht keinen Strom, bietet aber eine ergonomische Oberkörper- und Armunterstützung, die Gegenstände scheinbar viel leichter macht, als sie tatsächlich sind, und ermöglicht es einem Arbeiter, in einer Fließbandhaltung zu arbeiten, ohne zu ermüden, so die Hersteller des Anzugs.

• Unterstützung beim Hocken und Stehen

Stuhllose Stühle sind leichte Exoskelette, die getragen werden und den Benutzer unterstützen, wenn er für längere Zeit in der gleichen Position hockt oder steht. Sie werden als stuhllose Stühle bezeichnet, weil sie den Benutzer auf die gleiche Weise unterstützen können wie Stühle. Auch sie verringern die Gefahr von Verletzungen durch wiederkehrende Belastungen und Muskelverletzungen.

Zu den Beispielen gehört der Chairless Chair des Schweizer Unternehmens Noonee, der einrastet, wenn ein Arbeitnehmer für längere Zeit hocken oder stehen muss. Er reduziert den Druck auf das Knie und den Rest des Beins, sagt Noonee.

• Ganzkörperanzüge

Bildnachweis: EksoBionics

Ganzkörperanzüge mit Elektroantrieb bieten Unterstützung und zusätzliche Stärke.

Wenn sich Arbeiter, die ein Exoskelett von SuitX tragen, zum Beispiel nach vorne beugen, nehmen Druckluftfedern im hinteren Teil des Anzugs dem Träger einen Teil der Hebekraft ab. Eine Schultereinheit verwendet einen ähnlichen Unterstützungsmechanismus zum Heben oder Arbeiten über Kopf, sagt Homayoon Kazerooni, Geschäftsführer von SuitX in Berkeley, Kalifornien, das Exoskelettsysteme für Beine, Rücken und Schultern sowie eine Ganzkörperversion herstellt.

Frühzeitige Tests

Da die Exoskelette für die Bau- und Fertigungsindustrie relativ neu sind, wollen die Hersteller sehen, wie sie sich in den Fertigungsbetrieben schlagen, die sie testen. Zwischen den beiden Branchen gibt es viele Überschneidungen, wenn es um das Stehen, Bücken, Heben und Bewegen schwerer Gegenstände und sich wiederholende Bewegungen geht.

Elf Exoskelette für den Unterkörper werden bereits in mehreren Automobilwerken der BMW Group in Deutschland eingesetzt. Das Exoskelett besteht aus beweglichen Schienen, die an den Beinen oder am Rumpf befestigt und in verschiedenen Positionen arretiert werden. Die Beinstützenstruktur kann längeres Stehen in Sitzen umwandeln, um den Komfort und die Flexibilität der Arbeitsbedingungen zu verbessern, sagt Christian Dunckern, Leiter des Bereichs Produktionssystem, Planung, Werkzeugbau und Anlagenbau der BMW Group.

Der deutsche Automobilhersteller Audi setzt den Chairless Chair ebenfalls in der Produktion ein, obwohl Mathias Keil, Leiter des Bereichs Industrial Engineering Methods bei der Audi AG, sagt, dass die Exoskelette noch nicht lange genug im Einsatz sind, um die Ergebnisse zu bewerten. Audi geht davon aus, dass die Roboteranzüge später auch von Arbeitern mit körperlichen Behinderungen verwendet werden, selbst wenn sie nicht direkt am Fließband arbeiten, fügt er hinzu.

Anzüge für die Aufgabe

Einige Bauunternehmen arbeiten eng mit den Entwicklern der Exoskelette zusammen, um sicherzustellen, dass die Anzüge ihren Bedürfnissen entsprechen.

Im November kündigte beispielsweise Gammon, ein Bauunternehmen aus Hongkong, den Kauf von 10 Assist Suit Exoskeletten an. Gammon wird den Anzug auf seiner Baustelle für die Entwickler, die Panasonic-Tochter Atoun Inc. und Shun Hing Systems Integration Co. Ltd. Das Bauunternehmen wird den Entwicklern Feedback geben, um die Sicherheit, Effizienz und Produktivität im Baugewerbe weiter zu verbessern.

Kara behauptet, dass die wachsende Bauindustrie diese Art von Exoskeletten in größerer Zahl einsetzen wird. Die jüngsten Fortschritte in der Technologie werden dazu beitragen, die Baustelle sicherer und effizienter zu machen.