Bei Weltraummissionen werden Astronautinnen und Astronauten oft mit feinmotorischen Aufgaben wie Reparaturen oder Experimenten konfrontiert, die durch die Schwerelosigkeit im All erschwert werden. Bislang können solche Einsätze auf der Erde jedoch nur bei Parabelflügen oder in Raumanzügen unter Wasser trainiert werden.
Alternative Trainingsmethode
An einer alternativen und kostengünstigeren Trainingsmethode arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DFKI Robotics Innovation Center in Bremen und des Fachgebiets Systeme der Medizintechnik der Universität Duisburg-Essen (UDE). Im Projekt NoGravEx, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des InnoSpace-Netzwerks Space2Health – einer Initiative der Deutschen Raumfahrtagentur im DLR – gefördert wurde, haben sie einen Ansatz weiterentwickelt, um mit Hilfe eines robotischen Exoskeletts Mikrogravitation zu simulieren. Die Technologie kann das Gewicht der Arme einer Person erkennen und kompensieren. Dadurch fühlen sich die etwa Arme schwerelos oder beispielsweise so schwer wie auf dem Mond an.
Teilnahme an DLR-Parabelflugkampagne
Die Effekte der simulierten Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper im Vergleich zur echten Schwerelosigkeit untersuchen die Forschenden derzeit im Projekt GraviMoKo. Mit der Teilnahme an der 42. DLR-Parabelflugkampagne vom 27. Mai bis 6. Juni im französischen Bordeaux haben sie einen wichtigen Meilenstein in dem Vorhaben erreicht.
Bei Parabelflügen wird durch spezielle Auf- und Abstiegsmanöver 31 Mal für jeweils rund 22 Sekunden Schwerelosigkeit erzeugt. Diese Zeit steht den wissenschaftlichen Teams für ihre Experimente zur Verfügung.
Versuchsaufbau und -durchführung
Das Exoskelett-Experiment war eines von elf ausgewählten Experimenten an Bord des Flugzeugs vom Typ A310 und sah die Teilnahme von sechs Testpersonen vor. Die Aufgabe der Testpersonen bestand darin, in der Schwerelosigkeit mit dem Zeigefinger des rechten Arms die Mitte einer Zielscheibe auf einem Touchscreen zu treffen. Dabei war der Arm durch einen Umhang verdeckt, um visuelle Bewegungskorrekturen zu vermeiden. Während des Versuchs wurden die Muskelaktivität des Armes, die Gehirnaktivität und die Herzratenvariabilität der Testpersonen sowie deren Bewegungstrajektorien aufgezeichnet.
Die Hälfte der Testpersonen hatte diese Aufgabe bereits im Labor mit einem aktiven Exoskelett in simulierter Schwerelosigkeit trainiert, die anderen waren untrainiert bzw. nur mit dem Versuchsaufbau vertraut. Im Gegensatz zu den Tests auf der Erde wurden bei den Parabelflügen passive Systeme eingesetzt. Dabei ermöglichten zwei identische Versuchsaufbauten den gleichzeitigen Einsatz von zwei Testpersonen pro Flug. Eine mit allen Sensoren ausgestattete Ersatzperson stand bereit, um bei Unwohlsein einzuspringen und fungierte ansonsten als Operator und Unterstützung der eingesetzten Probandinnen oder Probanden.
Datenauswertung und Anwendungspotenziale
Durch die Analyse der gewonnenen Daten erhoffen sich die Forschenden Erkenntnisse darüber, ob das Training mit dem Exoskelett in simulierter Schwerelosigkeit eine Übertragung des Gelernten in die reale Schwerelosigkeit und somit eine Leistungssteigerung ermöglicht. Dies könnte dazu beitragen, Astronautinnen und Astronauten künftig besser auf die Herausforderungen von Raumfahrtmissionen vorzubereiten und ihre Leistungsfähigkeit unter den extremen Bedingungen des Weltalls zu optimieren.
Nicht nur die Raumfahrt, sondern auch irdische Anwendungsbereiche wie die Rehabilitation könnten von der Technologie profitieren. So wurde das in den Projekten NoGravEx und GraviMoKo eingesetzte und weiterentwickelte Exoskelett am DFKI ursprünglich für die Rehabilitationstherapie entwickelt. Durch die Möglichkeit der personenspezifischen Gewichtskompensation kann das System etwa körperlich eingeschränkte Menschen noch individueller unterstützen, heißt es.
