Exoskelett für den Job: leichter heben und arbeiten
Krankheiten des Muskel-Skelett-Systems stehen als Grund für Krankschreibungen an erster Stelle, bei der dauerhaften Berufsunfähigkeit auf dem zweiten Platz. Der Einsatz von Exoskeletten erleichtert schweres Heben und Tragen. Die German Bionic Systems GmbH produziert derartige Lösungen für die Bereiche Logistik und Produktion. Im Gespräch geben Software-Entwicklungsleiterin Norma Hoeft und Kommunikationschef Eric Eitel Einblicke in technische Details, Vorteile für Anwender*innen und potenzielle Einsatzgebiete.
VDI: Die German Bionic Systems GmbH wurde 2017 gegründet, produziert Exoskelette für die Logistik und hat 2019 den Deutschen Gründerpreis gewonnen. Wie läuft es aktuell?
Hoeft: Wir sind seit 2018 mit einem aktiven Exoskelett auf dem Markt und konzentrieren uns seitdem darauf, das Produkt kontinuierlich zu verbessern. Im Jahr 2019 ist das „Connected Exoskelett“ in den Markt gestartet. Es ist an die Cloud angebunden und lässt sich besser den Kundenbedürfnissen anpassen. Zudem kann es sinnvoll in die Produktion und Logistik von Smart Factory und Industrie 4.0 integriert werden. Die Warenverlaufs- und Produktionsketten können das Exoskelett über verschiedene Schnittstellen in den Prozess einbinden.
Das überwindet eine Herausforderung, vor der Produktionsplaner*innen und Logistiker*innen immer wieder stehen: Prozesse, in denen der Mensch eingesetzt wird, sind sinnvoll und notwendig, aber sie unterbrechen immer wieder die Automatisierungsketten. Denn der Mensch hat im Gegensatz zum Roboter keine individuellen Leistungs-KPIs.
Prozesse, an denen Menschen mitwirken, werden für Standardmenschen nach dem Motto „One fits all“ geplant. Die tatsächliche Belegschaft sieht meistens anders aus, arbeitet an verschiedenen Standorten und unter unterschiedlichen Bedingungen. Das Exoskelett liefert die notwendigen Daten für die Individualisierung: Wie nehmen die Mitarbeiter*innen, die das Exoskelett tragen, den geplanten Prozess an? Wo kann der Prozess verbessert werden? Wie lässt sich der Ablauf ergonomischer und effizienter gestalten?
"Der Mensch behält das Heft des Handelns in der Hand"
VDI: Das klingt, als kontrolliere das Exoskelett den Menschen und nicht umgekehrt …
Hoeft: Nein, der Mensch wird natürlich nicht vom Exoskelett gesteuert oder kontrolliert. Das wäre niemals gewollt, weil es potenziell gefährlich ist und zudem durch diverse Richtlinien ausgeschlossen ist. Das Exoskelett kann den Menschen, der es trägt, weder in der Steuerung noch in der Kraft „overpowern“. Der Mensch hat immer das Heft des Handelns in der Hand.
Was die Connectivity betrifft, so fungiert das Exoskelett als eine Art „Smart Assistant“: Es liefert Echtzeitinformationen, wenn der Mitarbeiter oder die Mitarbeiterin zum Beispiel am Kommissionier-Bahnhof steht und Paletten bepackt. Bei A- und B-Gütern wissen die Mitarbeiter*innen in der Regel, wie sie packen müssen. Bei anderen Packschemata herrscht dann oft Ratlosigkeit. Die Mitarbeiter*innen laufen dann los und suchen das Packschema.
Diese Informationen können ebenso wie Indoor-Navigationsdaten auf das Display des Exoskeletts geliefert werden. Ein weiteres Anwendungsbeispiel sind Machine-to-Machine-Steuerungen: Immer häufiger werden in der Logistik Kommissionier-Drohnen oder Transportroboter eingesetzt, die den Menschen nicht über den Haufen fahren oder fliegen sollten. Das Exoskelett kann mit den anderen Maschinen kommunizieren und dafür sorgen, dass diese genug Abstand halten.
VDI: Worin unterstützt mich das Exoskelett, wenn ich es anziehe?
Hoeft: Es hilft mir, wenn ich schwere und sich wiederholende Lasten heben muss – alles über 5 Kilogramm mit häufigen Wiederholungen. Diese Belastung ermüdet die Mitarbeiter*innen auf die Dauer und ist potenziell schädlich für den Rücken. Das Exoskelett schützt den unteren Rücken, indem es den Kompressionsdruck auf die untere Lendenwirbelsäule verringert. Verschiedene Volkskrankheiten wie Hexenschuss oder Bandscheibenvorfall sind darauf zurückzuführen.
Das Exoskelett entlastet und verteilt den Druck und generiert zusätzlich Kraft, ist also aktiv. Wenn Mitarbeiter*innen etwas anheben, ziehen die Motoren unterstützend nach oben. Durch die Bein- und Oberkörperanbindung verteilt sich die Kraft. Zudem „zwingt“ das Design des Exoskeletts die Menschen in eine gesunde Haltung. Ein Katzenbuckel oder eine Rotation über die Hüften wird verhindert. Das Exoskelett hält den Mitarbeiter oder die Mitarbeiterin bereits ohne Motoren aufrecht.
Zudem passt es sich aktiv der Bewegung des Trägers an. Es schlägt im Laufe der Zeit immer wieder Einstellungen vor, die den Bewegungsablauf verbessern und erleichtern können, zum Beispiel „Nimm den Kraftaufbau zurück, aber stell die Sensoren etwas sensibler ein“.
Exoskelette gleichen körperliche Unterschiede aus
VDI: Wie groß ist die Erleichterung, wenn Mitarbeiter*innen wiederholt Pakete mit einem Gewicht von beispielsweise 40 Kilogramm heben müssen?
Hoeft: Das Exoskelett kompensiert maximal 25 Kilogramm, in Ausnahmefällen bis zu 28 Kilogramm. Ein 40 Kilogramm schweres Paket „wiegt“ also noch 15 Kilogramm, wenn man von der Maximal-Kompensation von 25 Kilogramm ausgeht.
VDI: Wer nutzt aktuell das Exoskelett?
Hoeft: Die Kundschaft ist breit gefächert, da es in fast jedem Unternehmen Mitarbeiter*innen gibt, die wiederholt schwere Lasten heben müssen. Aktuell wird es beispielsweise von Ikea für die Kommissionierung und von BMW für den Akkord-Reifenwechsel eingesetzt. Bic Camera, das japanische Pendant zu Saturn oder Media Markt, nutzt es in der Logistik.
VDI: Sind die Exoskelette entsprechend zertifiziert?
Hoeft: Ja, die Exoskelette sind sicherheitszertifiziert, in Deutschland durch den TÜV Rheinland. Da German Bionic die Exoskelette europa- und weltweit vertreibt, halten wir uns hier an die jeweils länderspezifischen Vorgaben und Zertifizierungsanforderungen.
VDI: Welche Rolle spielen die Exoskelette vor dem Hintergrund der demografischen Entwicklung?
Hoeft: Für eine immer älter werdende Bevölkerung könnten sie künftig eine wichtige Rolle spielen. So empfehlen verschiedene Berufsgenossenschaften, die Last dem Alter der Mitarbeiter*innen anzupassen. Wenn man sich die Männer anschaut, so sollten die ab einem Alter von 49 Jahren nicht mehr als 20 Kilogramm mit häufigen Wiederholungen heben. Jüngere Mitarbeiter dürfen noch bis zu 30 Kilogramm heben. Diese Vorgaben können Prozessplaner*innen in Schwierigkeiten bringen, wenn sie die Empfehlungen der Berufsgenossenschaften einhalten wollen und auch der Betriebsrat auf deren Durchsetzung drängt. Sie müssen ihre Prozesse der Altersstruktur anpassen. Durch das Exoskelett können auch ältere Mitarbeiter*innen die Last der Jüngeren heben. Der Prozess muss also nicht verändert werden. Das Exoskelett ist hier ein Stück weit auch ein inklusives Device: Frauen und ältere Menschen können ebenfalls in Berufe integriert werden, die sie sonst mangels Kraft nicht oder nicht mehr ausüben könnten. Auch in der Pflege könnten die Exoskelette den Arbeitsalltag der Pflegekräfte erleichtern.
VDI: Bedrohen die Exoskelette nicht auch Arbeitsplätze? Denn ein Mitarbeiter oder eine Mitarbeiterin kann ja nun viel mehr leisten als vorher und potenziell für zwei arbeiten.
Hoeft: Nein, denn das würde die Funktion des Exoskeletts ad absurdum führen. Mitarbeiter*innen sollen mit dem Exoskelett nicht mehr und nicht schwerer heben als ohne. Sonst geht der angestrebte Schutzeffekt direkt wieder verloren. Auch wichtig: Das Exoskelett liefert keine Kraftunterstützung für die Arme. Sie bleiben der limitierende Faktor. Die Produktivitäts- und Effizienzsteigerung findet an anderer Stelle statt: Die Mitarbeiter*innen ermüden langsamer und machen weniger Fehler, was auch die Arbeitssicherheit erhöht. Wer zum Beispiel große Mengen Elektronik kommissioniert, dem passieren durch die Ermüdung mehr Unfälle, der lässt Geräte fallen, der muss Vorgänge wiederholen. Das kostet unter Umständen viel Zeit und Geld. Hinzu kommt: Je müder ein Mitarbeiter oder eine Mitarbeiterin wird, desto schlechter wird die Körperhaltung, was zu dauerhaften Gesundheitsschäden und Arbeitsunfähigkeit führen kann. Das Exoskelett erkennt die Ermüdung anhand des sich verändernden Bewegungsmusters und kommuniziert sinngemäß: „Hey, Du wirst müde, fahr mal die Kraftzufuhr des Exoskeletts hoch.“ Das soll die kritische Ermüdung möglichst vermeiden oder zu mindestens lange hinauszögern.
VDI: Wie steht es um die Akkulaufzeit des Exoskeletts?
Hoeft: Der Akku ist ein handelsüblicher Akku von Makita, einem Unternehmen, das auch Akkuschrauber-Akkus herstellt. Die Akkus halten bei normalem Gebrauch etwa 8 Stunden. Selbst wenn sich die Laufzeit des Akkus etwa aufgrund einer Akkordschicht verkürzt, ist das kein Problem: Er lässt sich in wenigen Sekunden durch einen aufgeladenen Akku ersetzen. Die meisten Firmen haben diese vorrätig.
Leichteres Laden, Heben und Tragen
VDI: Welche weiteren Einsatzgebiete sind vorstellbar?
Hoeft: Im Handwerk, auf Baustellen, bei Outdoor-Anwendungen – das Exoskelett lässt sich überall dort einsetzen, wo auf- und abgeladen wird. Es kann in jedem Transporter oder LKW mitgebracht werden und lässt sich schnell überziehen.
VDI: Welche weiteren Einsatzgebiete sind vorstellbar?
Hoeft: Im Handwerk, auf Baustellen, bei Outdoor-Anwendungen – das Exoskelett lässt sich überall dort einsetzen, wo auf- und abgeladen wird. Es kann in jedem Transporter oder LKW mitgebracht werden und lässt sich schnell überziehen.
VDI: Wurden bzw. werden Sie aktuell durch Förderprogramme unterstützt?
Hoeft: German Bionic funktioniert mit seinen Produkten am Markt bereits ohne Förderprogramme. Wir holen uns aber immer wieder zusätzliche Förderungen für neue Entwicklungen und Forschungen – vor allem für solche, die nicht direkt markt- und produktrelevant sind. Hierzu tun wir uns mit verschiedenen (Industrie-)Partnern und Projektträgern zusammen. Da geht es auch um rein wissenschaftliche Fragen, zum Beispiel in Zusammenarbeit mit den Fraunhofer-Instituten. Die Fördersummen helfen dabei, auch mal technische Risiken einzugehen. Wir wollen die Ideen hier in Deutschland entwickeln und umsetzen und so vermeiden, dass es Andere machen.
VDI: Welche Probleme und Hindernisse mussten Sie bis heute meistern?
Eitel: Im letzten Jahr hatten wir das „schöne Problem“, dass wir Produktionsengpässe in Folge der Auftragslage schnell überwinden mussten. Es galt, die Produktion nach oben zu skalieren. Glücklicherweise konnten wir am Büro- und Produktionsstandort in Augsburg eine größere Produktionshalle mit rund 1.000 Quadratmetern beziehen. Hier haben wir einen agilen Produktionsprozess aufgebaut. Natürlich war es auch nicht leicht, sofort die passenden Mitarbeiter*innen zu finden, gerade in der Softwareentwicklung. Da war es gut, dass wir auch noch einen Standort in Berlin haben, durch den man einen erweiterten Zugriff auf Menschen mit entsprechendem Background hat. Fazit: Kapazitäten-Engpässe und Personalsituation waren phasenweise heikel, konnten aber überwunden werden.
VDI: Was ist ihnen sonst noch wichtig?
Hoeft: Nochmal zu verdeutlichen, dass das Exoskelett ein Tool ist, dass das Leben vieler Menschen im wahrsten Sinne des Wortes leichter macht, speziell das Arbeitsleben. Aber auch in die Zeit danach nimmt man weniger Gesundheitsschäden mit. Und natürlich der Wow-Effekt: Wenn Menschen, die schwer heben müssen, ihre Lasten das erste Mal mit dem Exoskelett anheben und sagen: „Wow, das ist ja viel leichter und hilft mir im Alltag sehr“.
Interview: Thomas Kresser