ExoAssist – Aktives Exoskelett zur Telemanipulation in der Raumfahrt

Bemannte Raumfahrtmissionen zählen zu den ambitioniertesten Zielen der kommenden Jahrzehnte. Diese Vorhaben erfordern innovative Technologien, um den hohen physischen und kognitiven Belastungen der Crews langfristig zu begegnen und ihre Einsatzfähigkeit unter herausfordernden Bedingungen zu sichern. Das Vorhaben ExoAssist leistet hierzu einen Beitrag, indem ein aktives Ganzkörper-Exoskelett entwickelt wird, welches als intuitive und adaptive Mensch-Maschine-Schnittstelle unter zusätzlicher Nutzung von erweiterter Realität für die Telemanipulation während einer bemannten Mission zum Einsatz kommen kann.

Ziel ist die Reduzierung physischer und kognitiver Belastungen durch stark vereinfachte Telemanipulation komplexer robotischer Systeme.

Der technologische Fortschritt beispielsweise in Miniaturisierung, Robustheit und Energieeffizienz robotischer Systeme erweitert ihr Einsatzspektrum erheblich, insbesondere für komplexe Aufgaben, z. B. in schwer zugänglichen, sicherheitskritischen oder extremen Umgebungen wie dem Weltraum. Zugleich steigt der Bedarf an adaptiven, intuitiven Mensch-Maschine-Interaktionsformen, um trotz wachsender Systemkomplexität und Anforderungen an die Anwendung eine präzise, sichere und effiziente Steuerung zu gewährleisten. In diesem Kontext soll ein aktives Ganzkörper-Exoskelett entwickelt werden, das als hochpräzise Schnittstelle zur Telemanipulation dient.

Mittels sensorbasierter Erfassung (fein-)motorischer Bewegungen sowie eines multisensorischen Feedbacksystems (haptisch, kinästhetisch, visuell) wird unabhängig von räumlicher Distanz dem Operator ein immersives Steuern externer Manipulatoren oder robotischer Systeme ermöglicht. Die Übertragung von Bewegungsdaten und Kraftrückmeldungen ermöglicht eine intuitive, realitätsnahe Steuerung. Die Immersion wird durch den Einsatz von XR-Technologie noch zusätzlich erhöht: Neben dem haptischen Feedback über das Exoskelett wird mittels XR ein immersives visuelles Interface bereitgestellt. Ein visuelles Feedback ist unabdingbar bei der Ausführung feinmanipulatorischer Aufgaben, insbesondere wenn diese telemanipuliert durchgeführt werden. Durch diese Technologie kann mit der Präzision und Sensibilität menschlicher Handlungen beispielsweise eine Fernwartung komplexer Systeme in der Erdumlaufbahn oder auf dem Mond durchgeführt werden und ist somit für den Einsatz in der zivilen oder militärischen Luft- und Raumfahrt prädestiniert. Dabei soll die virtuelle Umgebung aus verfügbaren Daten (z. B. von Satelliten) simuliert und durch Sensordaten des Roboters verfeinert werden. Zunächst soll eine übersichtliche Darstellung als Grundlage dienen, die eine einfache und intuitive Steuerung des Roboters ermöglicht. Über modulare Overlays sollen zusätzlich abrufbare Informationsschichten den Operator während spezieller Tätigkeiten durch sinnvolle Zusatzinformationen unterstützen. Für eine sichere und intuitive Interaktion wird zudem die Auslastung des Operators überwacht und die Interaktionsanforderungen an die kognitive Last des Operators angepasst.