Mit Robotern Rückenschmerzen verhindern

Mithilfe von Assistenzrobotern Schmerzen im Rücken vorzubeugen oder sie zu lindern – das ist das Ziel eines neuen europäischen Forschungsprojekts, an dem Wissenschaftler des Interdisziplinären Zentrums für Wissenschaftliches Rechnen (IWR) der Universität Heidelberg beteiligt sind.

Im Rahmen des von der Europäischen Union mit rund vier Millionen Euro geförderten Vorhabens wollen die Forscher ein sogenanntes Exoskelett für die Wirbelsäule entwickeln, das Menschen bei schwerer körperlicher Arbeit unterstützt. Zugleich kann ein solcher Roboteranzug auch in der Rehabilitation eingesetzt werden.

Die Heidelberger Wissenschaftler um Prof. Dr. Katja Mombaur werden unter anderem zur Simulation der unteren Wirbelsäule am Computer ein Modell des Menschen mit der Abbildung aller Muskeln entwickeln. Sie erhalten für ihre Forschungsarbeiten Fördermittel in Höhe von knapp 680.000 Euro. Das auf vier Jahre angelegte Projekt SPEXOR startet im Januar 2016.

„Exoskelett-Roboter werden als Schalen wie Kleidungsstücke an Körperteile oder den ganzen Körper angelegt. Sie können individuelle physische Einschränkungen kompensieren, indem etwa die Bewegungsfähigkeit von Armen und Beinen verbessert wird“, erklärt Katja Mombaur, die am IWR die Arbeitsgruppe „Optimierung in Robotik und Biomechanik“ leitet.

Die an SPEXOR beteiligten Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen wollen nun ein Exoskelett für die Wirbelsäule entwickeln, um Schmerzen im unteren Rücken vorzubeugen und die Behandlung der Beschwerden zu unterstützen. Die Mathematikerin und Informatikerin Katja Mombaur analysiert in ihrer Forschungsarbeit Bewegungsabläufe des menschlichen Körpers. Sie modelliert und simuliert die Prozesse am Computer, um sie auf Roboter zu übertragen.

Im Rahmen des SPEXOR-Projekts wollen die Heidelberger Wissenschaftler die Interaktion von Exoskeletten mit dem menschlichen Körper modellieren und optimieren. Dazu werden sie ein Menschmodell mit Muskeln entwickeln, das die untere Wirbelsäule simuliert, und in diesem Zusammenhang sowohl passive als auch aktive Exoskelette entwerfen.

Außerdem analysieren sie das Verhalten von Menschen mit Schmerzen im unteren Rücken und die Entlastungsmechanismen, um anschließend das Design von Exoskeletten für Prävention und Rehabilitation zu optimieren. Zusätzlich werden die Forscher Kontrollstrategien für Exoskelette entwerfen.

Die Koordination des Projekts „Spinal Exoskeletal Robot for Low Back Pain Prevention and Vocational Reintegration (SPEXOR)“ liegt bei dem Forschungsinstitut Jozef Stefan Institute im slowenischen Ljubljana. Weitere Partner sind die Freie Universität Brüssel in Belgien und das Universitätsklinikum Amsterdam in den Niederlanden sowie verschiedene Unternehmen aus der Medizintechnik und Rehabilitation.

Kontakt:
Prof. Dr. Katja Mombaur
Interdisziplinäres Zentrum für Wissenschaftliches Rechnen
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katja.mombaur@iwr.uni-heidelberg.de

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