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HAL (Roboteranzug)

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HAL (Roboteranzug)

Das Hybrid Assistive Limb, kurz HAL (hybride unterstützende Gliedmaße) ist ein Servo-Exoskelett-Anzug, der von der Tsukuba-Universität in Japan und der Robotik-Firma Cyberdyne entwickelt wurde. Er wurde entworfen, um die physischen Fähigkeiten seiner Nutzer zu unterstützen und zu erweitern, insbesondere Personen mit physischen Behinderungen. Es gibt zwei Prototyp-Versionen dieses Systems:

  • HAL 3, der ausschließlich Beinfunktionen anbietet und
  • HAL 5, der ein Ganzkörper-Exoskelett für Arme, Beine und Torso ist. HAL 5 gestattet dem Benutzer fünfmal mehr Gewicht zu heben und zu tragen als ohne.

2011 kündigten Cyberdyne und die Tsukuba-Universität gemeinsam an, dass die Krankenhausversuchsreihen des Ganzkörper-HAL-Roboteranzuges 2012 starten würden mit Tests bis 2014 oder 2015.[1] Bis Oktober 2012 waren HAL-Roboteranzüge in 130 verschiedenen medizinischen Institutionen überall in Japan im Einsatz.[2] Im Februar 2013 war das HAL-System das erste Servo-Exoskelett, das weltweite Sicherheitszertifizierung erhielt.[3]

Geschichte

Der erste HAL-Prototyp wurde von Yoshiyuki Sankai (嘉之山海), Professor an der Tsukuba-Universität, vorgeschlagen. Fasziniert von Robotern seit frühester Jugend, strebte Sankai danach einen Roboteranzug herzustellen, um Menschen zu helfen”.[4] 1989 nach Erwerb des Ph.D. in Robotik begann er mit der Entwicklung von HAL. Sankai verbrachte drei Jahre (1990–1993) damit diejenigen Neuronen zu orten, die die Beinbewegung steuern. Weitere vier Jahre benötigten er und sein Team, um einen Prototyp der Hardware zu konstruieren.[5]

Der dritte HAL-Prototyp, der in den frühen 2000ern entwickelt wurde, war an eine Computer angeschlossen. Allein seine Batterie wog fast 22 kg und es waren zwei Helfer erforderlich, um ihn anzuziehen, was ausgesprochen unpraktisch war. Cyberdynes neueres HAL-5 Modell wiegt nur noch 10 kg und die Batterie und die Kontrolleinheit wird um die Hüfte des Nutzers befestigt.

Cyberdyne begann mit der Vermietung der Roboteranzüge zu medizinischen Zwecken im Jahre 2008. Bis Oktober 2012 waren über 300 HAL-Roboteranzüge seitens 130 medizinischen Institutionen und Pflegeheimen überall in Japan in Gebrauch. Der Roboteranzug ist nur in Japan für institutionelle Anmietung verfügbar zu einem Mietpreis von 2.000 US-Dollar.[2] Im Dezember 2012 wurde Cyberdyne ISO 13485-zertifiziert – ein internationaler Qualitätsstandard für medizinische Apparate durch Underwriters Laboratories.[6] Ende Februar 2013 erhielt der HAL-Roboteranzug ein weltweites Sicherheitszertifikat und war damit das erste Servo-Exoskelett.[3] Im August 2013 bekam Cyberdynes HAL ein EC-Zertifikat ("European Conformity"/Europäische Konformität) gemäß der (Medical Device Directive; MDD/Direktive für medizinische Apparate) als erstes Robotik-Gerät für medizinische Behandlung der Welt.[7]

HAL in Deutschland

Im Sommer 2012 wurden zunächst zwei europäische Kliniken mit dem Roboteranzug ausgestattet[8]. Im Oktober 2012 wurde am Bochumer Universitätsklinikum Bergmannsheil das erste Zentrum Europas für Neurorobotales Bewegungstraining mit HAL-Roboteranzügen eröffnet[9]. Nach Beendigung der Testphase wurde ein deutsch-japanisches Gemeinschaftsunternehmen ("Cyberdyne Care Robotics GmbH" mit Cyberdyne, Japan und der Berufsgenossenschaft Rohstoffe und chemische Industrie (BGRCI) als Gesellschafter) gegründet zur europaweiten Vermarkung (zunächst in Deutschland, Österreich, Schweiz) der HAL-Roboteranzüge.[10]

Mechanik

Wenn jemand seinen Körper zu bewegen versucht, werden Nervensignale vom Hirn über die Bewegungsneuronen zu den Muskeln, die das muskuloskelettale System in Bewegung versetzen. Sobald dies geschieht, könnnen niederschwellige Biosignale an der Hautoberfläche detektiert/abgeleitet werden. Der HAL-Roboteranzug registriert diese Signale durch einen Sensor auf der Haut des Trägers. Aufgrund der erhaltenen Signal bewegt die Servo-Einheit das zu unterstützende Gelenk und verstärkt die Bewegung des Trägers. Der HAL-Roboteranzug besitzt sowohl ein vom Nutzer aktivierbares “willkürliches Kontrollsystem" (Englisch: "voluntary control system") als auch ein “robotik-autonomes Kontrollsystem" (Englisch: "robotic autonomous control system") zur automatischen Bewegungsunterstützung[11].

Nutzer/Zielgruppen

HAL wurde entwickelt, um Behinderte und Senioren in ihrem Alltag zu unterstützen, kann aber auch dazu genutzt werden, Arbeiter mit physisch belastender Tätigkeiten (z.B. Kathastrophenrettung oder Bauarbeiten) zu entlasten. HAL wird hauptsächlich von behinderten Patienten in Krankenhäusern genutzt und kann derart modifiziert werden, dass diese es für einen Langzeit-Rehabilitation nutzen können.

Während der Consumer Electronics Show (CES) 2011 verlautbarte, dass die Regierung der Vereinigten Staaten Interesse am Erwerb von HAL-Roboteranzügen kundgetan habe[12]. Im März 2011 stellte CYBERDYNE eine Nur-Bein-HAL-Version für Behinderte, Pflegepersonal und Fabrikarbeiter vor[13]. Im November 2011 wurde HAL ausgewählt, um Aufräumarbeiten auf dem Terrain der Nuklearkatastrophe von Fukushima vorzunehmen[14]. Während der "Japan Robot Week exhibition" (Deutsch: "Messe Japanische Roboterwoche") in Tokyo im Oktober 2012 wurde eine überarbeitete Version von HAL vorgestellt, die speziell für die Aufräumerbeiten in Fukushima entwickelt worden war[15]. Im März 2013 führten zehn japanische Krankenhäuser klinische Tests des jüngsten Nur-Bein-HAL-Systems durch[16].

Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass Servo-Exoskelette wie der HAL-5 in Verbindung mit speziell dafür entwickelten therapeutischen Spielen kognitive Aktivitäten stimulieren können und behinderten Kindern gehen helfen können während sie spielen[17][18]

Neueste Anwendungen:

  • Laufunterstützung bei der Japanischen Polizei
  • Einsatz bei Erntearbeitern in Japan[19]

Siehe auch

Einzelnachweise

  1. ↑ Robot suit offers glimmer of hope to the paralysed (Deutsch: Roboteranzug bietet Hoffnungsschimmer für Gelähmte). In: Times of Malta. 11. März 2011, abgerufen am 26. August 2012.
  2. ↑ a b Robots to the rescue as an aging Japan looks for help. In: The Australian. 13. Oktober 2012, abgerufen am 17. Oktober 2012.
  3. ↑ a b Japan robot suit gets global safety certificate (Deutsch: Japanischer Roboteranzug erhält weltweites Sicherheitszertifikat. AFP via Google, 27. Februar 2013, abgerufen am 28. Februar 2013.
  4. ↑ Cyberdyne power suit. YouTube, 31. Juli 2009, abgerufen am 26. August 2012.
  5. ↑ HAL, a friend for people with disabilities (Deutsch: HAL, ein Freund für Menschen mit Behinderungen). In: Nipponia. Web Japan, 15. September 2006, abgerufen am 16. Juli 2013.
  6. ↑ The design, manufacture and servicing of wearable lower limb exoskeleton devices for rehabilitation and physical training (Deutsch: Der Entwurf, die Herstellung und Wartung eines anlegbaren Exoskelettes für die unteren Extremitäten zur Rehabilitation und Bewegungstherapie). Underwriters Laboratories, 11. Dezember 2012, abgerufen am 16. Juli 2013.
  7. ↑ TÜV Rheinland Issues EC certificate for Cyberdyne’s Medical Robot Suit HAL® (Deutsch: TÜV-Rheinland stellt EC-Zertifikat für Cyberdynes medizinischen Roboteranzug HAL® aus). TÜV Rheinland, 7. August 2013, abgerufen am 14. August 2013.
  8. ↑ derwesten/(mp): Forschung: Warum Querschnittgelähmte mit neuem Roboteranzug wieder gehen können. Abgerufen am 26. August 2013.
  9. ↑ Medizin: Japans Roboteranzug für Gelähmte wird in Bochum getestet. Abgerufen am 26. August 2013.
  10. ↑ Wissenschaft:Bochumer Robotertechnik wird jetzt europaweit vermarktet. Abgerufen am 26. August 2013.
  11. ↑ Voluntary motion support control of Robot Suit HAL triggered by bioelectrical signal for hemiplegia. In: Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. NCBI, 2010, abgerufen am 16. Juli 2013.
  12. ↑ CES Spotlight: Japanese Robot Exoskeletons. 12. Januar 2011, abgerufen am 28. Februar 2013.
  13. ↑ Cyberdyne demos lower-body HAL exoskeleton for helping the disabled, not eradicating mankind (video) (Deutsch: Cyberdyne führt ein HAL-Exoskelett für die unteren Extremitäten vor als Hilfe für Behinderte und nicht zur Auslöschung der Menschheit. 15. März 2011, abgerufen am 28. Februar 2013.
  14. ↑ Robotic Exoskeletons from Cyberdyne Could Help Workers Clean Up Fukushima Nuclear Mess (Deutsch: Robotik-Exoskelette von Dyberdyne könnten Arbeitern helfen das nukleare Schlamassel von Fukushima zu beseitigen). In: Scientific American. 9. November 2011, abgerufen am 27. November 2011.
  15. ↑ New HAL Exoskeleton: Brain-Controlled Full Body Suit to Be Used In Fukushima Cleanup (Deutsch: Neues HAL-Exoskelett: hirn-kontrollierter Ganzkörperanzug zum Einsatz beim Aufräumen in Fukushima. Neurogadget.com, 18. Oktober 2012, abgerufen am 22. Oktober 2012.
  16. ↑ Hospitals to test robot suit to help patients walk. In: The Asahi Shimbun. 9. Februar 2013, abgerufen am 17. Februar 2013.
  17. ↑ Computers for the Development of Young Disabled Children – Introduction to the Special Thematic Session (Deutsch: Computer für die Entwicklung junger behinderter Kinder - Einleitung zur Spezialthemasitzung). ACM.org, 2002, abgerufen am 26. November 2012.
  18. ↑ Influence of Virtual Reality Soccer Game on Walking Performance in Robotic Assisted Gait Training for Children. AbleData.com, April 2010, abgerufen am 26. November 2012.
  19. ↑ Leichter leben als Cyborg (5 Fotos). Abgerufen am 26. August 2013.
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