Thomas Krieg ist Pilot. Ein Exoskelett-Pilot.

Er steht vor einer Treppe, hält inne und einer der beiden so genannten Spotter wischt ihm kurz den Schweiss von der Stirn. Er kann dies momentan nicht selbst. Seine Arme stützen sich auf Krücken ab.

Diese sind ihm nicht nur Stütze, sondern auch seine Bedieneinheit. An den Krücken kann er einstellen, was sein robotischer Stützapparat tun soll: Schritt auslösen, den Schritt verkürzen, und weitere Modi für die Gang-Trajektorien sind dort eingebaut.

Nach kurzer Pause geht es weiter. Mit einem leisen Zischen hebt sich sein Bein. Es ist das Geräusch vier starker Antriebe und der dazugehörenden Mechatronik, die sein Exoskelett beweglich machen und ihn nun die Treppe steigen lassen.

Treppen steigen, sagt Thomas Krieg, sei seine bevorzugte Aufgabe. Der querschnittgelähmte ehemalige Bobfahrer trainiert auf einem eigens errichteten Parcours, auf der es noch weitere fünf Aufgaben zu meistern gilt.

Thomas Krieg ist einer von zwei Piloten, die für das Team «VariLeg enhanced» am Cybathlon 2020 starten. Und er tut dies mit Begeisterung.

«Es ist ein geniales Projekt», betont er, «und ich bin glücklich, dass ich dabei sein darf und mithelfen kann, diese Exoskelett-Technologien weiterzuentwickeln.»

Der Cybathlon und die Disziplinen

Es sind die letzten Trainingstage nach ein paar Jahren der Weiterentwicklung des Exoskeletts VariLeg enhanced, das für den ersten Cybathlon − im Jahr 2016 − gebaut wurde. Am kommenden Cybathlon messen sich rund 60 Teams aus über 20 Ländern.

Dabei geht es darum, dass Menschen mit körperlichen Beeinträchtigungen alltagrelevante Aufgaben mithilfe modernster, technischer Assistenzsysteme lösen: Treppen steigen, durch eine Tür gehen, von einem Stuhl aufstehen, Überwinden von Rampen, unebenem Terrain und seitlichem Gefälle.

Thomas Krieg und Rolf Schoch, der zweite Pilot im Team, werden in der Disziplin «Parcours mit robotischen Exoskeletten» antreten. Aber es gibt auch den Beinprothesen-​Parcours, den Geschicklichkeitsparcours mit Armprothesen, das Fahrradrennen mit elektrischer Muskelstimulation, den Parcours mit motorisierten Rollstühlen sowie das virtuelle Rennen mit Gedankensteuerung.

So sieht der Parcours aus, den das VariLeg-enhanced-Team meistern muss am Cybathlon 2020:

«Eine gute Platzierung», sagt Christian Bermes, Professor für Automation und Mechatronik an der OST, der Ostschweizer Fachhochschule in Rapperswil (ehemals HSR), «ist natürlich ein grosses Thema bei den Piloten und den Teams.»

Aber abgesehen davon verfolgen die Teams übergeordnete Ziele. «Wir alle wollen langfristig dazu beitragen, die Entwicklung und Forschung im Bereich der technischen Assistenzsysteme zur Neurorehabilitation voranzutreiben und so die Betroffenen im Alltag zu unterstützen», sagt Christian Bermes, 

Das Renn-Exoskelett ist technisch gesehen bereits eine Meisterleistung, auch wenn die Aufzählung einiger technischer Details noch keinen Rückschluss darauf ergibt. Da wären unter anderem nämlich vier 240 Nm starke Torque-Motoren, dazu 312 Schrauben, fünf Meter Kabel, 50 Quadratmeter Karbon, dazu Aluminiumteile, die den Leichtbau mit stabiler Struktur unterstützen. Und da sind die rund 10'000 Zeilen Programmiercode.

Die Leistung liegt mehr im Zusammenspiel all dieser Details und dem Aufbau von Wissen, wenn zum Beispiel die Bewegung eines «Spaziergängers» erfasst, umgerechnet und in eine Exoskelett-Bewegung übergeführt werden muss. Das sind Arbeiten, auf die künftige Nachfolgemodelle bauen können.

Die Kooperationen und Partnerschaften

Doch die wahre Meisterleistung bleibt im Hintergrund und wird auch selten erwähnt. Es sind die Kooperationen und Partnerschaften, die eingegangen werden müssen, um ein komplexes technisches Projekt wie dieses bewältigen zu können.

Da ist zum einen mit den beiden Piloten das rund 20-köpfige interdisziplinäre Team. Es besteht vor allem aus Studierenden der ETH Zürich und der Ostschweizer Fachhochschule (OST). «Wir wollten uns komplementär ergänzen und das funktioniert wunderbar», sagt Professor Bermes. «Wir haben dazu die Wissenschaftsstärke der ETH Zürich kombiniert mit der Umsetzungsstärke der Fachhochschule.»

Perfekt passendes Engagement für Trumpf Schweiz

Doch allein mit Wissenschafts- und Umsetzungsstärke wäre VariLeg enhanced so nicht möglich gewesen.

Es stellt sich bei einem solchen Projekt stets auch die Frage, welche weiteren Partnerschaften es braucht, um technologisch voranzukommen. «Wir mussten uns überlegen, ob wir kleinere Motoren brauchen, leichtere Materialien oder leichtere Strukturen – und da sind dann die Industriepartner die wichtigen Anlaufstationen, denn sie verfügen nicht nur über die Produkte oder Bearbeitungstechnologien, sondern auch über das Know-how, was bereits möglich ist», sagt Manuel Biedermann, VariLeg-enhanced-Coach und Doktorand an der ETH Zürich (Product Development Group Zurich).

Engagierte Industriepartner waren dementsprechend von Anfang an beteiligt − darunter auch die Firma Trumpf Schweiz. «Für uns war sofort klar, dass wir ein solches Projekt unterstützen», meint Adrian Schär, Leiter Vertrieb und Service sowie Mitglied der Geschäftsleitung bei Trumpf Schweiz. Vor etwas mehr als vier Jahren kam die Anfrage vom VariLeg-enhanced-Team, denn sie brauchten für das Exoskelett zugeschnittene und gebogene Blechteile aus Aluminium.

«Das sind alles enorm intelligente, engagierte und ambitionierte Studierende», sagt Jan Meyer, «aber als junge Studierende oft noch wenig an die strukturierten Abläufe und die Kommunikation gewohnt, wie sie in einem Industrieunternehmen gelebt werden.»

Auch deshalb ist diese Zusammenarbeit mit Trumpf Schweiz spannend. «Die Trumpf-Mitarbeiter arbeiten mehrheitlich mit «gestandenen» Ingenieuren zusammen und sind sich wohl einen bestimmten Informationsfluss gewohnt. Dass diese flexible Kooperation dennoch so gut funktioniert, finde ich absolut nennenswert und zeigt einerseits das Engagement, das eine Firma wie Trumpf eingeht; anderseits das Niveau, welches die Studierenden bereits erreichen», meint Meyer.

Die Zusammenarbeit mit einem Industriepartner erhöht die Sichtbarkeit. Speziell bei solchen Themen, die sich in der Gesellschaft noch verankern müssen, hat die Beteiligung einer Firma wie Trumpf eine Hebelwirkung. «Hier geht es ja auch darum, die Akzeptanz für solche Systeme zu schaffen und zu zeigen, dass solche Systeme in Zukunft vermehrt kommen werden», meint Coach Manuel Biedermann. «Diesen Schritt mit einem bekannten Industriepartner zu machen, erleichtert die Arbeit erheblich − vor allem, wenn man sieht, dass das Engagement ehrlich gemeint ist.»

Um das komplexe Zusammenspiel zu lernen und zu vertiefen, ist es für alle Beteiligten − ob ETH Zürich, OST oder Trumpf Schweiz − wichtig, solche Projekte zu fördern. Denn auch unter Studierenden sind die Technologie-Projekte mit sozialem Engagement und engagierten Industriepartnern beliebt.

Das zeigte sich einmal mehr beim Projekt VariLeg enhanced.

Professor Christian Bermes: «Wir merkten schnell, dass die Herausforderung des Cybathlons es uns einfach macht, motivierte Ingenieure zu finden. Sie wissen hier genau, für wen sie es tun; und sie wissen, dass sie praktisch täglich zusammen mit Kunden arbeiten, und ausserdem sehen sie sofort Resultate. Das ist für sehr viele Studierende befriedigender, als eine Simulation am PC zu machen, und dann zu sagen hier habe ich die Kurve noch um einen Zehntel verbessert.»

«Und wenn sie dann noch mit Firmen wie Trumpf Schweiz zusammenarbeiten dürfen und Einsichten in die Abläufe bei einem Industrieunternehmen bekommen», sagt Bermes, «dann passt alles perfekt zueinander.»