Exoskelett: Zu viel geistige Tätigkeit bremst Wirkung aus

Die Unterstützung durch ein Exoskelett wird kleiner, wenn man während des Tragens schwierige geistige Aufgaben lösen muss.

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Ein kleines Exoskelett.

(Bild: Innophys)

Von
  • Wolfgang Stieler

Exoskelette sind von fantastischen Labor-Konstruktionen, die Gelähmte wieder gehen lassen, zu alltagstauglichen Geräten geworden, die zunehmend auch in der Industrie verwendet werden – oft um die Belastung des unteren Rückens zu verringern. Die Anpassung der eigenen Bewegungen an die maschinelle Unterstützung funktioniert zwar weitgehend unbewusst. Sie belegt aber trotzdem wertvolle Ressourcen im Gehirn.

Wenn Menschen Exoskelette trugen, während sie Aufgaben ausführten, bei denen sie über ihre Handlungen nachdenken, werden diese Ressourcen aber unter Umständen überlastet, was dazu führt, dass die Menschen gegen die Exoskelette anarbeiten, statt sich von ihnen unterstützen zu lassen. Das ist das Ergebnis einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Applied Ergonomics veröffentlicht wurde.

Für die Untersuchung ließen William Marras von der Ohio State University und Kollegen zwölf Personen – sechs Männer und sechs Frauen –, in zwei 30-minütigen Sitzungen wiederholt einen Medizinball heben. Bei einer der Sitzungen trugen die Teilnehmer ein Exoskelett, das am Brustkorb und an den Beinen des Benutzers befestigt wird. Bei der anderen Sitzung trugen sie es nicht. Dabei maßen die Forscher die Kraft, die während jeder Sitzung auf den unteren Rücken der Teilnehmer einwirkte und wie oft die Teilnehmerinnen und Teilnehmer den Ball aufhoben. Dann baten sie dieselben Teilnehmer in separaten Sitzungen, dieselbe Aufgabe auszuführen, aber ließen die Teilnehmer jedes Mal, wenn sie den Ball anhoben, 13 von einer zufälligen Zahl zwischen 500 und 1.000 subtrahieren.

Das Ergebnis: Das Exoskelett reduzierte die Belastung auf den unteren Rücken der Teilnehmer, wenn die Teilnehmer den Ball einfach nur anhoben und absenken mussten. Aber wenn die Teilnehmer beim Heben und Senken des Balls im Kopf rechnen mussten, verschwanden diese Vorteile. "Es ist fast so, als würde man mit einem wirklich schlechten Partner tanzen", sagte William Marras, Hauptautor der Studie. "Das Exoskelett versucht, Ihre Bewegungen zu antizipieren, aber es läuft nicht gut, also kämpfen Sie mit dem Exoskelett, und das verursacht diese Veränderung in Ihrem Gehirn, die die Muskelrekrutierung verändert – und könnte höhere Kräfte auf Ihren unteren Rücken verursachen, was möglicherweise zu Schmerzen und möglichen Verletzungen führt."

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Das deckt sich mit einem Ergebnis, das Forschende des MIT erzielt hatten. Sie hatten Militärangehörige 2020 mit und ohne Exoskelett über einen Trainingsparcours laufen lassen, und ihnen dabei verschiedene kognitive Aufgaben gestellt. Unter anderem stellten die Forschenden dabei fest, dass die Reaktionszeit und Gedächtnisleistung von Trägern aktiver Exoskelette signifikant schlechter wurde. Allerdings gab es auch eine verhältnismäßig breite Streuung unter den Probanden. "Das Fazit ist, dass der Einsatz von Exoskeletten mit vielen Kompromissen verbunden ist", schreibt Marras. "Es ist nicht so einfach, sie den Arbeitern auf den Rücken zu legen und sie dann einfach zu starten." Man müsse die kognitiven Anforderungen berücksichtigen, die mit einer konkreten Aufgabe verbunden sind (wie präzise Platzierung, Auswahl der richtigen Teile, Umgang mit Einschränkungen wie wenig Platz), um die potenziellen Vorteile des Exoskeletts zu verstehen. "Es geht also um mehr als nur die physische Seite. Der Geist und der Körper sind miteinander verbunden!" (wst)