Maxon Motor Allegro in der Trainings-Anwendung

Die Allegro wird immer häufiger in Krankenhäusern und Rehabilitations-Zentren eingesetzt. Bild: Dynamic Devices

| von Stefan Roschi, maxon Group Sachseln

Mit Beinpressen in Fitnesscentern hat dieses Gerät wenig gemein. Natürlich sind da ein Sitz und zwei Pedale, doch hier enden die Übereinstimmungen bereits. Wer sich auf die Allegro (Adaptive Leg Robot) setzt, begibt sich in die Obhut eines weltweit einzigartigen softrobotischen Trainingspartners für Medizin und Rehabilitation. Dieser Medizintechnik-Roboter ist mit modernen Antriebs- und Sicherheitskomponenten aus der Industrie bestückt und besitzt ein lernfähiges Computersystem. Mensch und Maschine arbeiten ganz eng miteinander – mit erstaunlichen Resultaten.

Die Technik: Ein pneumatischer Muskel

Hinter Allegro stehen die beiden Vollblut-Roboter-Spezialisten Max Lungarella und Raja Dravid, die das Unternehmen Dynamic Devices gegründet haben. Am Artificial Intelligence Laboratory der Universität Zürich, wo sich beide wissenschaftlich und technisch mit Roboter-Systemen auseinandergesetzt haben, haben sie 2007 mit der Entwicklung des ersten Prototyps der Allegro begonnen.

Ihr Ziel war es ursprünglich, ein Hightech-Gerät mit künstlicher Intelligenz für Sportler zu bauen, eine hochdynamische Maschine, die alle Trainings überwacht, analysiert und daraus abgeleitet die nächsten Übungen vorschlägt. Die Technik, die heute als Kern des Roboters dient, ist ein pneumatischer Muskel, der große Kräfte sehr schnell auf die Pedale überträgt. Damit lassen sich verschiedene herausfordernde und medizinisch bedeutende Übungen zusammenstellen.

Ein Beispiel aus der medizinischen Rehabilitation mit Allegro: Der Proband muss einer am Bildschirm vorgegebenen Linie immer möglichst nahe bleiben – mittels Pressen oder Beine anziehen. Gleichzeitig reduziert oder verstärkt der Computer die wirksamen Kräfte, behutsam oder als Stöße und Schläge spürbar. Dies muss der Trainierende laufend ausgleichen, was anstrengend, aber äußerst effektiv ist.

Bei dieser Leistung wird mit der Zeit nicht nur der Körper sondern auch das Gehirn trainiert. "Unser System fördert dieses dynamische Zusammenspiel", sagt Max Lungarella. Und die Anwendung funktioniert sogar noch besser, als die beiden Entwickler der Medizintechnik sich das am Anfang vorstellen konnten.

Durch Zufall zur Medizintechnik

Bei der Entwicklung stießen die beiden eher zufällig auf den positiven Effekt, den ihr Trainingssystem auf Patienten mit neuro-muskulären Erkrankungen oder orthopädischen Beschwerden hat. Einige Personen konnten ihre Beine bei der Arbeit auf der Maschine plötzlich wieder bewegen, wie es zuvor nicht mehr möglich schien. Und Schlaganfallpatienten machten in der Wiederherstellung von Bewegungsabläufen schnell große Fortschritte. Inzwischen werden diese Effekte auch durch Studien gestützt. Ein Umstand, der die Entwickler des Roboter-Trainingsgeräts dazu veranlasst hat, sich hauptsächlich auf die medizinische Rehabilitation zu spezialisieren. Hierbei kommen Motoren des Schweizer Antriebs-Spezialisten Maxon ins Spiel.

Maxon Motor Buerstenloser DC-Motor im Allegro
Der bürstenlose DC-Motor von Maxon bringt den Sicherheitsanschlag in die richtige Position. Bild Dynamic Devices

Um den Roboter als medizintechnisches Gerät zu zertifizieren, benötigt er eine entscheidende Sicherheitskomponente: einen verstellbaren Anschlag, der verhindert, dass die Presse einen gewissen Winkel überschreitet. Gerade bei Patienten, die ihre Knie nicht mehr voll beugen können, ist dies ein wichtiger Schutzfaktor. Ein bürstenloser DC-Motor EC 45 sorgt dabei für die individuelle Positionierung des Sicherheitsanschlags. Absolute Zuverlässigkeit ist ein wichtiges, wenn nicht sogar das wichtigste Kriterium für den Antrieb. "Bei einem Maxon-Motor können wir uns sicher sein, dass diese Vorgabe auch erfüllt ist", so Lungarella. Zudem seien die kompakte Bauweise und die integrierte Elektronik des Flachmotors weitere wichtige Punkte.

Ein weiterer Maxon-Flachmotor, ein EC90-Aussenläufer, ist für die automatische Anpassung des Sitzes zuständig. Dynamic Devices hat den bürstenlosen Motor dazu mit einem Planetengetriebe und dem Servokontroller Escon 50/5 kombiniert. Die Maxon Antriebe sind somit ein wichtiger Bestandteil des Trainingsgeräts für die medizinische Rehabilitation und sorgen für Komfort und Sicherheit der Patienten.

Roboter: Welche Rolle der spielerische Ansatz spielt...

Dynamic Devices ist zwar noch ein junges Unternehmen, trotzdem kann es schon beachtliche Erfolge vorweisen. Dank der Zusammenarbeit von Ingenieuren, Wissenschaftlern, Ärzten und Therapeuten ist mit der Allegro ein medizintechnischer Roboter entstanden, der vielen Patienten Hoffnung auf ein gesteigertes Bewegungsgefühl gibt. Entscheidend ist dabei die Trainingskomponente, die bisher in der medizinischen Rehabilitation oft vernachlässigt worden ist. Wer auf der Allegro sitzt, soll gefordert werden. Getreu dem Motto: Wer von sich aus immer besser werden und höhere Werte erreichen will, kommt schneller zum Erfolg. Die richtige Motivation ist also wichtig, weshalb Dynamic Devices großen Wert auf die spielerische Komponente legt. Wenn Patienten mittels Pedalen einen Pinguin steuern, der auf dem Bauch einen Hang runtersaust und dabei möglichst viele Punkte machen müssen, tritt die Anstrengung in den Hintergrund und das Training läuft fast von selbst.

Erste Krankenhäuser und Reha-Kliniken setzen bereits auf das neue Roboter-Training. Weitere medizinische Einrichtungen sollen folgen. Eine Expansion in den gesamten Euroraum ist der nächste Schritt. Daneben arbeiten Max Lungarella und Raja Dravid daran, ihr soft-robotisches Trainingsgerät mit künstlicher Intelligenz noch besser zu machen. Denn: Ein Zurücklehnen ist für die beiden Inhaber ausgeschlossen.