Exoskelett
Ein Exoskelett – auch Exosuit oder im Englischen „Muscle Suit“ genannt – ist ein am Körper getragenes Stützsystem, das Muskeln und Gelenke bei körperlich belastenden Tätigkeiten mechanisch unterstützt. Der Begriff bedeutet wörtlich „Außenskelett“ und stammt aus der Biologie, wo er die harte äußere Hülle von Insekten und Krebstieren bezeichnet. In der Technik beschreibt ein Exoskelett eine tragbare Konstruktion, die Kräfte aufnimmt, umleitet oder verstärkt und so den Bewegungsapparat entlastet.
Grundsätzlich gibt es zwei große Anwendungswelten: industrielle Exoskelette, die gesunde Beschäftigte in Industrie, Handwerk und Logistik vor Überlastung schützen, und medizinische Exoskelette, die in Rehabilitation und Therapie zum Einsatz kommen – etwa, um Menschen mit Querschnittslähmung das Stehen und Gehen zu ermöglichen.
Exoskelett vs. Endoskelett
Der Gegenbegriff zum Exoskelett ist das Endoskelett – das Innenskelett, wie es Wirbeltiere und damit auch der Mensch besitzen. Während das Endoskelett den Körper von innen stützt, sitzt ein technisches Exoskelett außen auf dem Körper und übernimmt einen Teil der Stütz- und Haltearbeit. Ein Exoskelett ist dabei kein Roboter im eigentlichen Sinn: Aktive Exoskelette verfügen zwar über Motoren und Energiespeicher und bewegen sich damit aus eigenem Antrieb, sie folgen jedoch den Bewegungen und der Intention der tragenden Person und unterstützen diese gezielt, ohne eigene Bewegungen aufzuzwingen.
Wie funktioniert ein Exoskelett?
Das Grundprinzip ist bei allen Bauformen ähnlich: Ein Exoskelett leitet Belastungen von besonders beanspruchten Körperstrukturen weg und verteilt sie auf stabilere Bereiche oder fängt sie mechanisch ab. So wird die aktive Muskulatur entlastet, die sonst die gesamte Halte- und Hebearbeit leisten müsste.
Technisch wird das auf unterschiedliche Weise gelöst – über tragende Elemente die Belastungen aufnehmen können, unterstützt z.B. durch Federelemente, Gasdruckdämpfer oder, bei motorisierten Modellen, über Antriebe und Sensoren. Welche Lösung sich für welchen Einsatz eignet, hängt von Antriebsart (passiv oder aktiv) und Bauweise (rigide oder soft) ab.
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Arten von Exoskeletten
Nach unterstützter Körperregion
Für die Auswahl ist meist entscheidend, welche Körperregion durch ein Exoskelett entlastet werden soll:
- Rücken- und Rumpf-Exoskelette entlasten die Lendenwirbelsäule beim Heben und in vorgebeugter Haltung. Sie sind in Logistik, Industrie und Handwerk am weitesten verbreitet.
- Bein-, Knie- und Hüft-Exoskelette unterstützen Hocken, Knien und das Aufrichten und Stabilisieren bei stehenden Tätigkeiten.
- Schulter- und Überkopf-Exoskelette stützen die Arme gezielt bei manuellen Tätigkeiten in Brusthöhe und über Kopf, etwa in der Montage, bei Installationen oder im Trockenbau.
- Hand- und Finger-Exoskelette verstärken die Greifkraft bei langem oder kraftintensivem Zugreifen.
- Ganzkörper-Exoskelette kombinieren mehrere Stützbereiche und kommen vor allem in spezialisierten oder militärischen Anwendungen vor.
Nach Antrieb und Bauweise
Unabhängig von der unterstützten Körperregion lassen sich Exoskelette nach ihrem Antrieb sowie ihrer Bauweise unterscheiden. Beim Antrieb wird zwischen passiven Systemen ohne Motor und aktiven Systemen mit Motor und Energieversorgung (z. B. Akku) differenziert. Hinsichtlich der Bauweise unterscheidet man zwischen rigiden Exoskeletten mit festem Rahmen und sogenannten Soft-Exoskeletten, die aus flexiblen, textilen Materialien bestehen.
Das Rumpfbeuge-Exoskelett NEXO Pro von Schmalz
Das NEXO Pro von Schmalz ist ein rigides Rumpfbeuge-Exoskelett: Es entlastet die Lendenwirbelsäule im unteren Rücken beim Heben und Vorbeugen. Es ist ein passives System – es arbeitet rein mechanisch, ohne Motor und Akku.
Anwendungsbereiche
Berufliche Exoskelette kommen überall dort zum Einsatz, wo körperlich belastende Bewegungen nicht oder nur teilweise automatisiert werden können:
- Logistik und Lager: Kommissionierung, Palettieren und Depalettieren, Be- und Entladen – Tätigkeiten mit hoher Hebefrequenz.
- Handwerk und Bau: Überkopfarbeit, Trockenbau, Fliesen- und Malerarbeiten, wiederholtes Heben von Material.
- Industrie und Montage: Materialhandhabung, Fließband- und Montagearbeit, Produktion.
- Pflege und Gesundheitswesen: Umlagern und Mobilisieren von Personen.
- Militär und Rettungsdienst: Tragen schwerer Ausrüstung über lange Strecken.
Vorteile und Nachteile von Exoskeletten
Vorteile
- Entlastung der beanspruchten Muskulatur und Gelenke und damit geringere körperliche Ermüdung
- Potenzial, belastungsbedingte Beschwerden und Fehlzeiten zu reduzieren
- konstantere Leistungsfähigkeit über die gesamte Schicht
- sichtbarer Beitrag zu Gesundheitsschutz und Arbeitgeberattraktivität, gerade bei alternder Belegschaft und Fachkräftemangel
Nachteile und Grenzen
- kein Ersatz für gute Hebetechnik, technische Hilfsmittel und ergonomische Arbeitsorganisation
- Gewöhnungsphase und Akzeptanz der Beschäftigten sind erforderlich
- nicht jede Tätigkeit und Körperregion lässt sich gleich gut unterstützen
- auf sehr engem Raum kann die Bewegungsfreiheit eingeschränkt sein
- aktive Systeme bringen zusätzliches Gewicht und Wartungsaufwand mit sich
Exoskelette im Arbeitsschutz: Gefährdungsbeurteilung und Praxiseinsatz
Exoskelette reduzieren physische Belastungen gezielt dort, wo sie entstehen – beim Heben schwerer Lasten, bei Überkopfarbeiten oder in vorgebeugter Haltung. Im Arbeitsschutz werden sie als ergänzendes Instrument eingeordnet, das auf eine konkrete Belastungssituation ausgerichtet sein muss.
Vor dem betrieblichen Einsatz ist deshalb eine tätigkeitsbezogene Gefährdungsbeurteilung erforderlich: Sie klärt, welches System für den jeweiligen Arbeitsplatz geeignet ist, ob Passform und Tragekomfort stimmen und ob durch das Exoskelett keine neuen Belastungen entstehen – etwa durch zusätzliches Gewicht oder eingeschränkte Bewegungsfreiheit. Berufsgenossenschaften und die DGUV stellen hierzu Orientierungshilfen bereit.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen einem passiven und einem aktiven Rumpf-Exoskelett?
Ein passives Rumpfexoskelett arbeitet rein mechanisch ohne Strom, Motor oder Akku; ein aktives Modell nutzt Motoren und Sensoren für motorisierte Unterstützung.
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Merkmal |
Passiv |
Aktiv |
|---|---|---|
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Antrieb |
Federmechanismus, keine Batterie |
Motor + Akku (regelmäßiger Akkuwechsel nötig) |
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Gewicht |
deutlich leichter als aktive Systeme |
schwerer durch Antriebstechnik |
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Kosten |
nur Anschaffungskosten, kein Akkuverschleiß und keine Wartungskosten |
höhere Anschaffungs- und Betriebskosten |
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Eignung |
repetitives Bücken, Heben, statische Haltungen |
sehr schwere Lasten, z. B. über 30 kg |
Für die meisten Anwendungen in Logistik, Handwerk und Industrie bietet ein passives System den besseren Kompromiss aus Entlastungswirkung, Tragekomfort und Gesamtkosten.
Was ist der Unterschied zwischen einem rigiden und einem soften Rumpfbeuge-Exoskelett?
Ein softes System besteht ausschließlich aus elastischen Textilbändern und kommt ohne starre Komponenten aus. Ein rigides Rumpfbeuge-Exoskelett hingegen leitet die Last des Oberkörpers über einen festen Rahmen an der Wirbelsäule vorbei in die Hüfte; die Oberschenkel dienen dabei als Gegenlager zur Aufnahme der Unterstützungskräfte.
Softes System
- Besteht nur aus elastischen Bändern, ohne festen Rahmen.
- Wirbelsäule und Bandscheiben bleiben weiterhin vollständig belastet.
- Vorteilhaft bei sehr engen Platzverhältnissen (z. B. Gepäckabfertigung).
- Geringere Unterstützungsleistung beim Heben.
Rigides System
- Der Rahmen überträgt das Eigengewicht des Oberkörpers an der Wirbelsäule vorbei.
- Die Bandscheiben werden nicht zusätzlich komprimiert.
- Passive Unterstützung von bis zu 30 % der erforderlichen Muskelaktivität.
- Geeignet für statisch vorgebeugte Tätigkeiten, schweres Heben und Bücken aus der Hocke.
Für Tätigkeiten mit wiederholtem Heben und Bücken erzielt ein rigides System messbar mehr Entlastung.