Exosuit vs. Exoskelett: Was tragbare Roboter heute wirklich können

Wenn man von Exosuits spricht, denken viele zuerst an die von Menschen bedienten AMP-Anzüge, die in Avatar über Pandora schreiten – oder an die leistungsstarken, tragbaren Exosuits, in die Tom Cruise sich in Edge of Tomorrow schnallt. Auf dem Bildschirm wirken sie wie große, starre Maschinen, die den Körper umschließen und die menschliche Kraft scheinbar vervielfachen.

Exoskelette in der Realität können völlig anders aussehen.

Ein Soldat geht auf einem Laufband, während Forscher der US-Armee einen weichen Exoskelett-Prototyp testen, der im Rahmen des DARPA-Programms „Warrior Web“ entwickelt wurde. Foto: US Army RDECOM / Tom Faulkner, via Flickr (CC BY 2.0).

Die meisten Exoskelette ähneln eher eng anliegender Sportbekleidung als einer Metallrüstung. Diese Weichheit trägt dazu bei, Gewicht und Volumen zu reduzieren.

Doch die tatsächliche Unterstützung, die sie bieten, kann sich weit entfernt anfühlen von den kraftverstärkenden Maschinen, die auf dem Bildschirm gezeigt werden.

Was ein Soft-Exosuit gut kann

Ein Soft-Exosuit ersetzt starre Verbindungen durch Textilien, Gurte, Kabel und sorgfältig positionierte Verankerungspunkte. Das Ergebnis ist ein körpernaherer und leichterer Anzug als ein Gerät mit Rahmen.

Die Soft-Exosuit-Forschung der Harvard University erklärt den Hauptvorteil: Ohne einen externen, starren Rahmen, der die Gelenke einschränkt, kann ein Soft-Anzug die natürliche Biomechanik weniger beeinträchtigen. Seine getragenen Komponenten können extrem leicht sein, und Sensoren können dennoch Gangereignisse erfassen und mehrere Aktuatoren koordinieren.

Das ist ein echter Vorteil, wenn geringes Volumen und minimale Beeinträchtigung Priorität haben. Das Kleidungsstück folgt den Bewegungen des Trägers, anstatt den Körper in ein starres Gerüst einzuschließen.

Die Weichheit, die einen Exoskelettanzug unauffällig macht, birgt auch den Nachteil, den die Nutzer am deutlichsten spüren: Stoff und Kabel dehnen sich, bevor die volle Zugkraft den Körper erreicht. Dadurch kann die Unterstützung schwächer und langsamer als erwartet wirken.

Wo weiche Materialien die Unterstützung schwächen

Bei einem motorisierten Exoskelett drückt der Motor den Körper nicht über eine starre mechanische Verbindung. Er zieht an einem Kabel, das Kabel spannt den Anzug, und der Anzug zieht am Körper. Bevor die eigentliche Unterstützung das Gelenk erreicht, dehnt sich das Textil, das Weichgewebe wird komprimiert und die Verankerungspunkte geben unter der Last nach.

Eine Studie mit einem motorisierten Knöchel-Exoskelett hat diesen Effekt direkt gemessen. Während der Belastung absorbierte die Verformung an der Schnittstelle zwischen Anzug und Mensch etwa die Hälfte der am Aktuator gemessenen Leistung, während die am Knöchel ankommende Leistung erst später eintraf. Das genaue Ergebnis ist systemabhängig, verdeutlicht aber das grundsätzliche Problem: Energieerzeugung und nutzbare Energieabgabe sind nicht dasselbe.

Drei praktische Kompromisse ergeben sich daraus:

1. Ein Teil der Kraft wird für die Spannung der Schnittstelle benötigt. Dehnbarkeit von Stoff und Kabeln kann die Unterstützung, die den Körper erreicht, verringern. Daher kann sich ein leichtes, weiches System bei anspruchsvollen Bewegungen weniger kraftvoll anfühlen.
2. Die Unterstützung kann später als der Motorbefehl eintreffen. Wenn sich die Schnittstelle vor der Lastübertragung spannen muss, kann der Zug weniger unmittelbar und weniger präzise auf den benötigten Moment abgestimmt sein.
3. Die Passform beeinflusst die Leistung. Weiche Systeme benötigen engen Kontakt und sorgfältig platzierte Verankerungen. Verschiebt sich ein Gurt oder ein Kleidungsstück, ändert sich der Kraftweg. Mehr Kabelwege und Befestigungspunkte bedeuten zudem mehr Nachjustierung beim Aufbau und ein unruhigeres Tragegefühl.

Diese Grenzen ergeben sich aus der physikalischen Schicht unterhalb des Steuerungssystems.

Ein Sensor kann den richtigen Moment für Unterstützung erkennen, aber Software allein kann nicht verhindern, dass sich eine textile Schnittstelle dehnt oder verschiebt. Für den Träger bedeutet das, dass sich eine präzise Sensorik nicht automatisch wie eine starke, zeitgerechte Unterstützung anfühlt.

Warum ein motorisiertes Exoskelett direktere Unterstützung bietet

Ein motorisiertes Exoskelett fügt eine starre Struktur zwischen Motor und Körper ein. Diese Struktur gibt der Unterstützungskraft einen definierten Weg, anstatt dass das Material die gesamte Last tragen muss. Für den Träger kommt so ein größerer Teil der Motorleistung als fester, zeitgerechter Schub an, anstatt durch Dehnung des Geräts verbraucht zu werden. Untersuchungen, die weiche und starre tragbare Roboter vergleichen, kommen zu einem ähnlichen Designschluss: Starre Systeme sind vorzuziehen, wenn die Aufgabe höhere Kräfte, präzise Positionierung und dynamische Reaktion erfordert.

Starr muss nicht zwangsläufig ein vollständiger Industrierahmen bedeuten.

Ein kompaktes System platziert die Struktur nur dort, wo sie die Kraftübertragung unterstützt und dem Träger direkte Unterstützung bietet, ohne dass er in eine sperrige Ganzkörpermaschine schlüpfen muss.

Diese direktere Kraftübertragung ist der Hauptvorteil, den die Ascentiz H-Serie in diesem Vergleich bietet.

Es handelt sich um ein motorisiertes Hüftexoskelett, das um Taille und Oberschenkel getragen wird und an jeder Hüftseite über ein motorisiertes Modul verfügt. Sensoren erfassen Ihre Bewegungen, das Steuerungssystem interpretiert Ihren Schritt, und die Motoren unterstützen Ihre Beine über den Rahmen. Die Unterstützung folgt Ihrem natürlichen Schritt, sodass Sie die Bewegung als Hilfe spüren und keinen zusätzlichen Zug, den Sie kontrollieren müssen.

Beide Kategorien können Sensoren und Algorithmen nutzen, um zu entscheiden, wann Unterstützung benötigt wird. Der Unterschied liegt darin, wie diese Unterstützung Ihren Körper erreicht: Ein Exoskelett wirkt über Stoff und Kabel, die sich dehnen und verschieben können, sodass die Hilfe schwächer wirken oder später eintreffen kann; ein Exoskelett überträgt die Motorleistung über einen starren Rahmen, wodurch die Unterstützung direkter und zeitnaher wirkt.

Der Ascentiz H Pro kombiniert diese direkte Kraftübertragung mit einer Spitzenleistung von 1.000 W in einem Komplettsystem mit einem Gewicht von 2,5 kg (inkl. Akku). Das anpassbare Tragesystem mit Mehrpunktpassform und atmungsaktiver Memory-Schaum-Polsterung sorgt für ein weiches und angenehmes Tragegefühl. Ein KI-Algorithmus namens AI OmniTerrain™ steuert die Unterstützung, indem er Veränderungen Ihrer Bewegungen und des Geländes erkennt und die Unterstützungsstufe an die jeweilige Situation und Ihr persönliches Tempo anpasst. Es ist für eine bis zu 40%ige Reduzierung des Beinaufwands ausgelegt. Der Rahmen ist sichtbarer als ein weiches Kleidungsstück, aber auf Treppen, steilen Anstiegen und bei Wanderungen mit Gepäck reduziert er den Verlust an Unterstützung durch Dehnung und Verlagerung, sodass mehr Motorleistung Ihre Hüften erreicht.

Exosuit vs. Exoskelett: Die alltäglichen Kompromisse

Beide Kategorien können passiv oder motorisiert sein, daher ist die Konstruktion nicht das einzige Entscheidungskriterium. Unser Vergleich von aktiven und passiven Exoskeletten erklärt die Energiequelle, während Was ist ein menschliches Exoskelett? die breitere Kategorie der tragbaren Robotik abdeckt.

Welches sollten Sie wählen?

Wählen Sie einen Soft-Exosuit, wenn Ihnen geringes Gewicht und Flexibilität wichtig sind. Sein niedriges Gewicht und die minimale starre Struktur machen ihn ideal für moderate Unterstützung, bei der es vor allem auf feine Bewegungen ankommt.

Wählen Sie ein aktives Exoskelett, wenn die Unterstützung selbst der Grund für das Tragen des Geräts ist.

Ein starrer Kraftweg kann die Kraft direkter, schneller und auf einem Niveau übertragen, das auch dann noch effektiv ist, wenn Treppen, Höhenunterschiede, Distanzen oder das Tragen von Lasten einen normalen Schritt zu einer anspruchsvollen machen.

Für eine motorisierte Hüftunterstützung, die speziell für das Gehen und die Bewegung im Freien entwickelt wurde, erfahren Sie den Ascentiz H Pro. Wenn Sie sich zwischen den beiden Modellen der Ascentiz H-Serie entscheiden, nutzen Sie den Vergleich H Pro vs. H Ultra, um das System an Ihre Bedürfnisse anzupassen.