Passive Exoskelette werden in der Automobilindustrie etwa für Überkopfarbeiten eingesetzt. Bild: BMW

Passive Exoskelette werden in der Automobilindustrie etwa für Überkopfarbeiten eingesetzt. Bild: BMW

| von Fabian Pertschy

Handwerkzeuge, automatisierte Lösungen, Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK-Systeme), Hebehilfen oder Exoskelette – unterschiedliche technische Systeme stehen der Automobilindustrie in Produktion, Logistik und Service zur Verfügung. Statische Assistenzsysteme sind jedoch oft unflexibel und unrentabel, weshalb besonders Exoskelette sich zunehmender Beliebtheit erfreuen. Ursprünglich für Militär und Medizin entwickelt, ermöglichen sie, dass die Vielseitigkeit und Autonomie des Menschen weiterhin uneingeschränkt nutzbar ist. Die Anschaffung solcher Außenskelette scheint für alle Akteure eine profitable Maßnahme, denn knapp ein Viertel aller Arbeitsunfähigkeitstage in Deutschland ist durch Muskel-Skelett-Erkrankungen (MSE) bedingt. Nach Angabe der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin führt dies in der Wirtschaft zu jährlichen Produktionsausfällen im Wert von gut 17 Milliarden Euro. Ursächlich dafür sind vor allem körperliche Fehlbelastungen durch stark repetitive Tätigkeiten, schwere Hebevorgänge und ungünstige Haltungspositionen. Da sich diese Faktoren nicht ohne Weiteres reduzieren lassen, empfiehlt sich deshalb – insbesondere in Anbetracht des demografischen Wandels – ein technisches Unterstützungssystem. Das Marktpotenzial der neuen Exoskelett-Technologie schätzen Experten als groß ein: Die Analysten von ABI Research zum Beispiel prognostizieren bis 2028 weltweite Umsätze von umgerechnet 5,2 Milliarden Euro.

Passiv oder aktiv: die Qual der Wahl

Die Herausforderung für OEMs besteht darin, das passende System auszuwählen. Denn Exoskelette unterscheiden sich je nach Steuerungsprinzip, Antriebsmodul und Sensorik im Anwendungsfall. Grundlegende Unterschiede bestehen zwischen passiven und aktiven Exoskeletten: Erstere benötigen keine Energiezufuhr und funktionieren rein mechanisch, etwa mithilfe von Feder- oder Seilzugsystemen. Sie sind in der Regel leichter, günstiger, weniger wartungsintensiv und eignen sich als Kompensator bei Überkopfarbeiten, Hebevorgängen und Tätigkeiten in hockender oder vorgebeugter Haltung. „Die passiven Systeme sind auf dem Markt momentan äußerst präsent, da Federsysteme bei Überkopfarbeiten zumeist ausreichend sind und sich mit geringerem Aufwand entwickeln lassen“, erklärt Norma Hoeft von German Bionic Systems, einem Hersteller aktiver Exoskelette. Für schwerere Hebetätigkeiten seien aber eher aktive Varianten geeignet, die als Kraftverstärker fungieren können. Diese benötigen eine eigene Energiezufuhr, sind schwerer, softwaregesteuert und mit zusätzlichen Sensoren und Aktuatoren ausgestattet, die entweder elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betrieben werden.

BMW testet aktive Exoskelette

Kommissionierung, Kabelbaummontage, Teppichverlegung, Vormontage von Achsen und Cockpit, Versiegelungsarbeiten oder das Setzen von Stopfen – die Einsatzmöglichkeiten der neuen Technologie werden von Automobilherstellern vermehrt getestet und genutzt. An den Produktionsstandorten von BMW sind seit 2016 inzwischen acht verschiedene Exoskelett-Modelle im Einsatz. „Bei der Planung von Arbeitsplätzen haben wir immer dann alles richtiggemacht, wenn wir ohne zusätzliche Assistenzsysteme auskommen. In einigen Produktionsabschnitten sind Tätigkeiten in gebeugter Haltung oder über Schulter allerdings nicht vermeidbar“, erklärt Christin Hölzel, die den Einsatz von Exoskeletten in der Produktion und Logistik von BMW koordiniert. Vorrangig greife der bayrische Autohersteller auf passive Modelle zurück, doch auch die aktive Lösung von German Bionic Systems wird seit Anfang Oktober in der BMW-Niederlassung Darmstadt getestet. Das Assistenzsystem soll den dortigen Servicemitarbeitern die Reifenwechselsaison erleichtern. Aber auch bei der Entnahme von Autobatterien und anderen Picking-Tätigkeiten werden sie mit bis zu 25 Kilogramm entlastet. Sollte die Resonanz positiv sein, könnte das aktive Exoskelett auch in Montage und Logistik zum Einsatz kommen. Außer dem Rücken können auch Arme, Schulter, Unterkörper, Handgelenke oder Fingerkuppen unterstützt werden. So greifen Autobauer bei Überkopfarbeiten und Hebevorgängen nicht nur auf passive Systeme von Levitate, Laevo und weiteren Herstellern, sondern etwa bei stehenden Tätigkeiten in der Produktionsstraße auf den Chairless Chair von Noonee oder beim Eindrücken von Stopfen in der Lackiererei auf den Paexo Thumb von Ottobock zurück. Egal ob Audi, Porsche, Daimler, VW oder Ford – von sämtlichen Autobauern wurden Projekte, Anschaffungen oder Partizipationen in unterschiedlichen Anwendungsbereichen verlautet.

Bindeglied für IoT-Geräte

Aktive Exoskelette bergen ein noch weitaus größeres Entwicklungspotenzial, da sie sich durch maschinelles Lernen der Bewegungsmuster individuell an den Nutzer und seine Tätigkeiten anpassen können und sich zudem in Industrie-4.0-Umgebungen integrieren lassen. In der Digitalisierung passiver Systeme sieht BMW daher derzeit keinen Mehrwert. „Sie passen ausgezeichnet zu unserer Philosophie einfacher, schlanker Fertigungsprozesse als Grundlage unseres Produktionssystems. Bei aktiven Systemen könnte sich künftig eine andere Bewertung ergeben – wenn die Digitalisierung hilft, die Schnittstelle zwischen Mensch und Maschine intuitiver zu gestalten“, bewertet Hölzel die aktuelle Marktlage. Sollte die Nutzerakzeptanz vergrößert, das Gewicht reduziert und die Akkulaufzeit verlängert werden, könnten aktive Systeme künftig als Bindeglied zwischen Nutzer und IoT-Geräten fungieren. Bisher werden Smartphones oder Headsets für Picking-Systeme und Indoor-Navigation eher als Peripheriegeräte genutzt. Mit dem Exoskelett wäre eine Plattform vorhanden, um unterschiedliche Funktionen zu vereinen und über die grafische Benutzerschnittstelle auszugeben – vorausschauende Wartung und Over-the-Air-Updates inklusive. „Es gibt bei der Integration in eine industrielle Systemlandschaft nahezu keine Limitationen“, betont Norma Hoeft. So könne das German-Bionic-Produkt Cray X etwa mit Hebe- und Lastenrobotern sowie autonom fliegenden Drohnen kommunizieren, Packschemata anzeigen, sich durch Integration in ERP-Systeme automatisch an Lieferungen anpassen, als Zutrittsberechtigung für Türen fungieren oder einen Gabelstapler entsperren. „Gerade in einer automatisierten Produktions- oder Logistikhalle fördert es die Sicherheit, wenn ein Exoskelett den Laufweg eines Menschen an die Maschinen weitergeben kann“, führt die IoT-Verantwortliche des deutschen Herstellers aus. Die System-KPIs können dabei über ein Dashboard eingesehen und zur Verbesserung von Ergonomie und Effizienz eingesetzt werden. „Diese Echtzeitdaten sind für jeden Prozessplaner Gold wert“, resümiert Hoeft die Vorzüge der Technologie. Der robotische Mensch könnte damit zum zentralen Zukunftsmodell in der Industrie 4.0 werden.