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Exoskelett VariLeg bereit für das Cybathlon-Training

Ein grosser Schritt für alle

Das Projekt «VariLeg enhanced» und die Wichtigkeit von Kooperationen

 

 

Thomas Krieg ist querschnittgelähmt.

Doch er kann mit Hilfe eines Exoskeletts gehen.

Damit trainiert er für den Cybathlon 2020.

Ein grosser Schritt für alle

Das Projekt «VariLeg enhanced» und die Wichtigkeit von Kooperationen

 

 

Thomas Krieg ist querschnittgelähmt.

Doch er kann mit Hilfe eines Exoskeletts gehen.

Damit trainiert er für den Cybathlon 2020.

 

Eine Produktion von Technik und Wissen
Autor: Eugen Albisser
Fotos: Michele Limina

Pilot Thomas Krieg und Exoskelett VariLeg enhanced
Pilot Thomas Krieg und Exoskelett VariLeg enhanced
Pilot Thomas Krieg und Exoskelett VariLeg enhanced
Pilot Thomas Krieg und Exoskelett VariLeg enhanced

 

 

 

 

 

EIN GROSSER SCHRITT FÜR ALLE


Das Projekt «Varileg enhanced» und die Wichtigkeit von Kooperationen
 

Thomas Krieg ist querschnittgelähmt.

Doch er kann mit Hilfe eines Exoskeletts gehen.

Damit trainiert er für den Cybathlon 2020.

 

Eine Produktion von Technik und Wissen
Autor: Eugen Albisser
Fotos: Michele Limina

 

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 mit dem Exoskelett Varileg enhanced beim Cybathlon-Training. Die Disziplin: Treppensteigen. (Video: Technik und Wissen) 

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.

Bild: Adrian Schär (für Audiodatei: bitte Ton einschalten)


 

Trumpf Schweiz zögerte nicht und weitete das Engagement aus, um dem Team nicht nur die Bearbeitung der Teile auf Laserschneidanlage und Blechbiegemaschine zur Verfügung zu stellen, sondern sich als industrieller Ansprechpartner einzubringen und das Team mit einem grosszügigen Sponsoringgeld auszurüsten.

Bei solchen Engagements spiele das Employer Branding eine untergeordnete Rolle, sagt Adrian Schär. «VariLeg enhanced passt zu uns, denn Trumpf sucht stets den Kontakt zu den Hochschulen und ist als Familienunternehmen gesellschaftlich und sozial sehr engagiert.

«Beim Projekt VariLeg enhanced treffen zudem beide bevorzugten Komponenten zusammen, das macht es absolut passend für uns», sagt Schär.

Wertvolle Hinweise durch Kundenzentriertheit

Thomas Krieg überwindet nun die Schräge. Das ist nicht einfach, aber seine Spotter, die auch dazu da sind, die Exoskelett-Piloten vor einem Fall zu schützen, müssen nicht eingreifen. Noch sind die Bewegungen roboterhaft, aber das wäre kein Grund, eine solches Exoskelett deswegen nicht auf den Markt zu bringen.

«Aber man muss dazu sagen, dass VariLeg enhanced von Anbeginn an nicht das Ziel einer Markteinführung verfolgte», sagt VariLeg-enhanced-Coach Jan Meyer vom Rehabilitation Engineering Laboratory der ETH Zürich. «Es war immer als Forschungs- und Demonstrations-Prototyp einer spannenden Technologie gedacht, der die Grundlagenforschung der Motorik und Kontrolle von solchen Robotern vorantreibt. Angewandt auf den Cybathlon bedeutet dies, dass wir grundsätzlich einfach versuchen, die Hindernisse immer besser und müheloser zu überwinden.» Entwicklungstechnisch musste das Team dafür Gewicht reduzieren am Exoskelett, ein schmales, aber robusteres Design entwickeln, maximale Kraft mit grossem Drehmoment in Hüfte und Knien bekommen, die Gangtrajektorien immer weiter verbessern und ein ideales Zusammenspiel finden zwischen Mensch und Maschine durch ein Interface, das auf den Piloten abgestimmt ist.

Neben diesen technischen Herausforderungen werden die Studierenden mit Grundsätzen konfrontiert, die auch später im Berufsleben von enormer Bedeutung sein werden.

«Je länger das Projekt andauerte, umso mehr lernten wir zum Beispiel, wie wichtig es ist, die Menschen, also unsere Piloten, in den Mittelpunkt zu stellen», sagt Jan Meyer. «Wir erfuhren, wie wertvoll es ist, ihre Bedürfnisse zu erfahren und darauf die Entwicklung zu stützen, statt sie vor vollendete Tatsachen zu stellen.»

Kunden kennen ihre Bedürfnisse

Solche Worte hört die Firma Trumpf gerne. Denn sie entsprechen der Firmenphilosophie des Maschinenbauunternehmens. Tobias Unger ist HR-Leiter und Mitglied Geschäftsleitung bei Trumpf Schweiz und sagt: «Der Mitarbeiter im Zentrum ist ja ein typischer HR-Spruch oder auf das Unternehmen übertragen, der Kunde im Fokus. Aber bei Trumpf ist das nicht einfach ein Spruch, sondern wird gelebt. Wir kennen gar nichts anderes, als für den Kunden zu bauen − und deshalb sagen wir auch oft zu unseren Entwicklungsmitarbeitern, wenn sich eine Frage stellt zu einem neuen Produkt: ‹Geht zu den Kunden, die wissen es.›»

Tobias Unger Trumpf Schweiz AG

Tobias Unger


Und es gibt noch weitere positive Effekte, die Studierende von einem solchen Projekt mitnehmen. Zum Beispiel der Austausch mit einem Industrieunternehmen wie Trumpf. Vor allem, wenn sie bereits in einem Bachelorstudium auf Firmen zugehen müssen, im Austausch mit ihnen stehen dürfen und auch Einsicht bekommen in deren Arbeitsweise, betonen alle Beteiligten.

Exoskelett-Pilot Thomas Krieg im Cybathlon-Training

Wertvolle Hinweise durch Kundenzentriertheit

Thomas Krieg überwindet nun die Schräge. Das ist nicht einfach, aber seine Spotter, die auch dazu da sind, die Exoskelett-Piloten vor einem Fall zu schützen, müssen nicht eingreifen. Noch sind die Bewegungen roboterhaft, aber das wäre kein Grund, eine solches Exoskelett deswegen nicht auf den Markt zu bringen.

«Aber man muss dazu sagen, dass VariLeg enhanced von Anbeginn an nicht das Ziel einer Markteinführung verfolgte», sagt VariLeg-enhanced-Coach Jan Meyer vom Rehabilitation Engineering Laboratory der ETH Zürich. «Es war immer als Forschungs- und Demonstrations-Prototyp einer spannenden Technologie gedacht, der die Grundlagenforschung der Motorik und Kontrolle von solchen Robotern vorantreibt. Angewandt auf den Cybathlon bedeutet dies, dass wir grundsätzlich einfach versuchen, die Hindernisse immer besser und müheloser zu überwinden.» Entwicklungstechnisch musste das Team dafür Gewicht reduzieren am Exoskelett, ein schmales, aber robusteres Design entwickeln, maximale Kraft mit grossem Drehmoment in Hüfte und Knien bekommen, die Gangtrajektorien immer weiter verbessern und ein ideales Zusammenspiel finden zwischen Mensch und Maschine durch ein Interface, das auf den Piloten abgestimmt ist.

Neben diesen technischen Herausforderungen werden die Studierenden mit Grundsätzen konfrontiert, die auch später im Berufsleben von enormer Bedeutung sein werden.

«Je länger das Projekt andauerte, umso mehr lernten wir zum Beispiel, wie wichtig es ist, die Menschen, also unsere Piloten, in den Mittelpunkt zu stellen», sagt Jan Meyer. «Wir erfuhren, wie wertvoll es ist, ihre Bedürfnisse zu erfahren und darauf die Entwicklung zu stützen, statt sie vor vollendete Tatsachen zu stellen.»

Kunden kennen ihre Bedürfnisse

Solche Worte hört die Firma Trumpf gerne. Denn sie entsprechen der Firmenphilosophie des Maschinenbauunternehmens. Tobias Unger ist HR-Leiter und Mitglied Geschäftsleitung bei Trumpf Schweiz und sagt: «Der Mitarbeiter im Zentrum ist ja ein typischer HR-Spruch oder auf das Unternehmen übertragen, der Kunde im Fokus. Aber bei Trumpf ist das nicht einfach ein Spruch, sondern wird gelebt. Wir kennen gar nichts anderes, als für den Kunden zu bauen − und deshalb sagen wir auch oft zu unseren Entwicklungsmitarbeitern, wenn sich eine Frage stellt zu einem neuen Produkt: ‹Geht zu den Kunden, die wissen es.›»

Tobias Unger Trumpf Schweiz AG

Tobias Unger


Und es gibt noch weitere positive Effekte, die Studierende von einem solchen Projekt mitnehmen. Zum Beispiel der Austausch mit einem Industrieunternehmen wie Trumpf. Vor allem, wenn sie bereits in einem Bachelorstudium auf Firmen zugehen müssen, im Austausch mit ihnen stehen dürfen und auch Einsicht bekommen in deren Arbeitsweise, betonen alle Beteiligten.

«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.

Jan Meyer Varileg enhanced Coach
Jan 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.»

Manuel Biedermann - Varileg enhanced Coach
Manuel Biedermann

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.»

Professor Christian Bermes Fachhochschule OST
Christian Bermes

«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.»

BESUCHEN SIE DEN CYBATHLON UND FEUERN SIE DAS TEAM VARILEG ENHANCED AN
Cybathlon 2020 am 13./14. November 2020 auf www.cybathlon.com

Thomas Krieg - Exoskelett VariLeg enhanced Pilot
Thomas Krieg - Exoskelett VariLeg enhanced Pilot
Thomas Krieg - Exoskelett VariLeg enhanced
Thomas Krieg - Exoskelett VariLeg enhanced
Parcours Cybathlon 2020 mit Aufgaben und Hindernissen

Der Cybathlon 2020 Global Edition

Der Cybathlon 2020 fand am 13. und 14. November 2020 statt und wegen Covid-19 in einem neuen Format. Denn dieses Jahr trafen sich die Team nicht in Zürich, sondern überall dort, wo die Teams zu Hause sind. Diese stellten ihre Infrastruktur für den Wettkampf selbst auf und filmen ihre Rennen.


Statt direkt nebeneinander starteten die Pilotinnen und Piloten also einzeln und unter der Aufsicht von Cybathlon-Offiziellen. Von Zürich aus wurden die Wettkämpfe auf einer neuen Plattform in einem Live-Programm übertragen.


«Wir haben nach Zeitzonen gestaffelt begonnen und so die Wettbewerbe entweder live übertragen oder mit Aufzeichnungen», erklärt Roland Sigrist, Geschäftsleiter Cybathlon. Bei zeitgleichen Rennen wurden auch Bild-in-Bild-Übertragungen gemacht und zwischen den Rennen sendete man auch Beiträge über die Teams, Hintergrundbeiträge und um das Thema Inklusion sowie zu den Technologien und es gab auch Experteninterviews. 


Zuschauerinnen und Zuschauer konnten diesen Thementag mit den Qualifikationsrennen und die Finalrennen live auf der Plattform www.cybathlon.com verfolgen. Neben dem Livestream, der in diversen Sprachen untertitelt sowie in internationale Gebärdensprache übersetzt wurde, gibt es auf der Plattform zahlreiche Informationen zu den Teams, Partnern und zum Thema Inklusion.

Alle Resultate und die einzelnen Aufzeichnungen der Rennen sind auf der Seite www.cybathlon.com aufgeschaltet.

#varilegenhanced #CYBATHLON2020


Varileg exoskelett

 

Diese Multimediastory entstand in Kooperation und mit finanzieller Beteiligung der Firma Trumpf Schweiz AG


Eine Produktion von Technik und Wissen

Autor: Eugen Albisser

Fotos: Michele Limina


 

Der Cybathlon 2020 Global Edition

Der Cybathlon 2020 fand am 13. und 14. November 2020 statt und wegen Covid-19 in einem neuen Format. Denn dieses Jahr trafen sich die Team nicht in Zürich, sondern überall dort, wo die Teams zu Hause sind. Diese stellten ihre Infrastruktur für den Wettkampf selbst auf und filmen ihre Rennen.


Statt direkt nebeneinander starteten die Pilotinnen und Piloten also einzeln und unter der Aufsicht von Cybathlon-Offiziellen. Von Zürich aus wurden die Wettkämpfe auf einer neuen Plattform in einem Live-Programm übertragen.


«Wir haben nach Zeitzonen gestaffelt begonnen und so die Wettbewerbe entweder live übertragen oder mit Aufzeichnungen», erklärt Roland Sigrist, Geschäftsleiter Cybathlon. Bei zeitgleichen Rennen wurden auch Bild-in-Bild-Übertragungen gemacht und zwischen den Rennen sendete man auch Beiträge über die Teams, Hintergrundbeiträge und um das Thema Inklusion sowie zu den Technologien und es gab auch Experteninterviews. 


Zuschauerinnen und Zuschauer konnten diesen Thementag mit den Qualifikationsrennen und die Finalrennen live auf der Plattform www.cybathlon.com verfolgen. Neben dem Livestream, der in diversen Sprachen untertitelt sowie in internationale Gebärdensprache übersetzt wurde, gibt es auf der Plattform zahlreiche Informationen zu den Teams, Partnern und zum Thema Inklusion.

Alle Resultate und die einzelnen Aufzeichnungen der Rennen sind auf der Seite www.cybathlon.com aufgeschaltet.

#varilegenhanced #CYBATHLON2020


Varileg exoskelett

 

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Eine Produktion von Technik und Wissen

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Veröffentlicht am: 02.11.2020

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