Industrie 4.0 und der Mensch

Exoskelette, Cobots und die Erweiterung der Sinne

von Andreas Fuhrich

Exoskelette mit mechanischem Antrieb helfen beim Heben schwerer Lasten. Roboter mutieren zu autonom agierenden „Kollegen“ mit flexiblen Aufgaben. Computergenerierte interaktive Simulationen mittels kleiner Devices eröffnen schier unendliche Potenziale an Möglichkeiten, um die Welt neu zu erfahren. Die Art, wie wir in der neuen Arbeitswelt datenfunkender IoT-Sensoren agieren, wird nicht mehr dieselbe sein.

Exoskelette

Experten gehen davon aus, dass die Gesamtkosten der auf Muskel- und Skeletterkrankungen zurückzuführenden Produktivitätsverluste bei Menschen im erwerbsfähigen Alter in der EU bis zu zwei Prozent des Bruttoinlandsprodukts (BIP) oder etwa 300 Milliarden Euro jährlich betragen. Künstliche, maschinelle Exoskelette mit Antrieb können hier Abhilfe schaffen.

„Generell erhöhen sich in vielen Fällen mit den Exoskeletten die Möglichkeiten zur Leistungssteigerung. Hier ist Vorsicht geboten!“

Dabei handelt es sich um vom menschlichen Körper getragene mechanische Strukturen, die leicht entfernbar sind. Sie unterstützen bzw. verstärken die Bewegungen des Trägers, indem zum Beispiel Gelenke des Exoskeletts durch Servomotoren angetrieben werden. Schwere Lasten lassen sich auf diese Weise leichter heben. Dabei entlastet das Exoskelett durch die Kraftunterstützung das Muskel-Skelett-System seines Trägers, hilft, krankheitsbedingte Ausfallzeiten zu mindern, und unterstützt Beschäftigte dabei, länger gesund zu arbeiten.

Ergospirometrie-Tests bestätigten, dass Nutzer von aktiven Exoskeletten ihren durchschnittlichen O2-Verbrauch als Zeichen der muskulären Entlastung um mehr als 15 Prozent reduzierten. Teilnehmer der Studie verzeichneten zudem eine 15 Prozent niedrigere maximale Herzfrequenz während der Belastungsphasen.

Exoskelette kommen im Bereich Handel und Warenlogistik dort in Frage, wo andere technische Hilfsmittel wie Stapler oder Kran nicht verwendet werden könnten. In der Fertigung unterstützen sie beim Anheben und Ablegen von Gegenständen oder anstrengenden Überkopfarbeiten. Generell erhöhen sich in vielen Fällen mit den Exoskeletten die Möglichkeiten zur Leistungssteigerung. Hier ist Vorsicht geboten!

Wenn Mitarbeiter nun mit Exoskeletten an ihrer Leistungsgrenze arbeiten, ist in puncto Gesundheit nichts gewonnen. Zudem bestehen in Deutschland einige rechtliche Risiken für Unternehmen, die Beschäftigte mit Exoskeletten arbeiten lassen:

  • bei nicht korrekter/fehlender Hilfsmittelzulassung
  • bei unzureichender/fehlender Dokumentation/Einweisung/Belehrung
  • bei Arbeitsunfällen infolge der Verwendung des Hilfsmittels (mit noch zu klärendem Versicherungsschutz)
  • bei direkter Gesundheitsbeeinträchtigung durch das Hilfsmittel
  • bei Nichteinhaltung von Arbeitsschutz- und Unfallverhütungsvorschriften
  • bei Folgeschäden (auch Spätfolgen) durch die Verwendung des Hilfsmittels

Cobots

Als kollaborativer Roboter oder Cobot wird ein Industrieroboter bezeichnet, der mit Menschen gemeinsam arbeitet und im Produktionsprozess nicht durch Schutzeinrichtungen von diesen getrennt ist. Innovative Sicherheitskonzepte verbunden mit dem vermehrten Einsatz von Sensorik, Software und Bildverarbeitungstechnologie bilden die ausschlaggebende Basis der hierfür notwendigen erhöhten Sicherheit.

Während Roboter ursprünglich dazu angedacht waren, einfache repetitive Aufgaben unentwegt auszuüben, sind sie heute in der Lage, mit ihrer Umwelt zu interagieren und intelligentes Verhalten zu zeigen. Sie sind nicht länger wie herkömmliche Industrieroboter auf einfache Arbeiten wie schweißen, lackieren, löten oder kleben beschränkt. Viel mehr ergeben sich im Zusammenhang mit künstlicher Intelligenz eine Vielzahl von Möglichkeiten.

Von Menschen ausgeführte Tätigkeiten können sie „abschauen“ und erlernen. Durch kognitive Systeme werden sie zudem in die Lage versetzt, die Bedürfnisse der Mitarbeiter zu erkennen und dementsprechend zu reagieren. So können sie beispielsweise schwere Gegenstände heben, um die Montage zu erleichtern oder auch benötigte Ersatzteile und Werkzeuge beschaffen.

Eine besondere Stellung nehmen dabei humanoide Roboter ein. Der Produktionsraum des Menschen ist aus Kostengründen ökonomisch ausgerichtet und orientiert sich besonders an der menschlichen Physiologie. Eine in Serie gefertigte Anzahl lernfähiger multifunktionaler humanoider Roboter erübrigt die Produktion, den Vertrieb und die Unterhaltung vieler Spezialroboter. Besonders Tätigkeiten, die aus mehreren komplizierten Arbeitsgängen bestehen, lassen sich so einfach erledigen. Dem Menschen wird ein multifunktionaler Helfer zur Seite gestellt, der ihm Arbeit oder Zeit erspart.

Augmented Reality

Unter „Augmented Reality“ (kurz AR), also erweiterte Realität, versteht man die computergestützte Erweiterung der Realitätswahrnehmung. Diese Informationen können alle menschlichen Sinnesmodalitäten ansprechen. Häufig wird jedoch unter erweiterter Realität nur die visuelle Darstellung von Informationen verstanden, also die Ergänzung von Bildern oder Videos mit computergenerierten Zusatzinformationen oder virtuellen Objekten mittels Einblendung/Überlagerung.

Im Gegensatz zur virtuellen Realität (kurz VR), bei welcher der Benutzer komplett in eine virtuelle Welt eintaucht, steht bei der erweiterten Realität die Darstellung zusätzlicher Informationen im Vordergrund. Die echte Welt und die virtuelle Realität werden also miteinander kombiniert oder teilweise überlagert. AR ermöglicht so eine Ausweitung der Sinneswahrnehmung des Menschen durch Sensoren um Umgebungseigenschaften, die der Mensch selbst nicht wahrnehmen kann, wie z. B. Radar, Infrarot und Distanzbilder. Menschliche Eigenschaften können damit durch AR verstärkt oder gar ergänzt werden.

Allein die visuelle Modalität bedeutet eine nicht unwesentliche komplexe Herausforderung an die Positionsbestimmung (Tracking) und Kalibrierung. Um eine Augmented-Reality-Anwendung aufzubauen, benötigt es AR-Systeme, die sich aus technischen Bestandteilen, wie z. B. Kameras, Trackinggeräten, Unterstützungssoftware usw., zusammensetzen.

Mögliche Einsatzgebiete finden sich beispielsweise in Warenlagern und Fertigungshallen: AR-Brillen kommunizieren mit den Fächern in den Lagerhallen und weisen dem Picker den Weg. Während der Montage können sinnvolle Daten auf einem AR-Device eingeblendet werden und eingeblendetes Bildmaterial ermöglicht eine Sicht aus jeder Perspektive und durch alles hindurch. Bei der Wartung oder Reparatur kann man das digitale Handbuch abrufen und im Zweifel wird das Bild in Echtzeit an eine externe Servicekraft übermittelt. //

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https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/de/

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