Fraunhofer ermitteln Grenzwerte 03.06.2014, 16:10 Uhr

Blaue Flecken bei Zusammenstößen mit Robotern vermeiden

Mensch und Roboter sollen künftig enger zusammenarbeiten. Wenn sie sich aber mal in die Quere kommen und zusammenstoßen, kann das für den Menschen schmerzhaft enden. Wann wird eigentlich aus einer Berührung eine Verletzung? Das konnte bisher niemand beantworten. Fraunhofer-Forscher untersuchen das nun systematisch.

Die Zusammenarbeit von Robotern und Menschen wird in Zukunft steigen. Forscher arbeiten daran, die Unfallgefahr genau einzuschätzen und zu minimieren.

Die Zusammenarbeit von Robotern und Menschen wird in Zukunft steigen. Forscher arbeiten daran, die Unfallgefahr genau einzuschätzen und zu minimieren.

Foto: ABB

Wegen des demografischen Wandels mit einer immer älteren Belegschaft und dem Mangel an Fachkräften wird es wichtiger, dass Mensch und Roboter verstärkt ein Team bilden: Dabei übernimmt der Roboter die schwere körperliche Arbeit, der Mensch liefert das Know-how. Doch eine – auch räumlich – enge Zusammenarbeit ist nur möglich, wenn für absolute Sicherheit gesorgt ist. Der Roboter darf den Menschen nicht verletzen, wenn beide zusammenstoßen. Bislang weiß man nicht, wie stark ein Roboter einen Menschen berühren darf, ohne dass es weh tut oder man einen blauen Fleck bekommt. Wo die höchst zulässige Belastung bei einem Zusammenprall liegt, wollen Forscher vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg herausfinden.

Wann tut ein Zusammenprall weh?

Die Forscher gehen dabei der Frage nach, wo genau die Grenze zwischen einer harmlosen Kollision und einer Verletzung liegt? Und: Wie viel Kraft ist bei einem Stoß nötig, um an Armen, Oberkörper und Beinen einen blauen Fleck zu bekommen? Wann wird man sogar richtig verletzt?

Um die Werte herauszufinden, die bei der Arbeit mit Robotern das Verletzungsrisiko minimieren, untersuchen Fraunhofer-Forscher, wie Kraft, Druckverteilung, Aufprallgeschwindigkeit sowie Impuls und Energie sich bei einem Zusammenstoß auswirken.

Um die Werte herauszufinden, die bei der Arbeit mit Robotern das Verletzungsrisiko minimieren, untersuchen Fraunhofer-Forscher, wie Kraft, Druckverteilung, Aufprallgeschwindigkeit sowie Impuls und Energie sich bei einem Zusammenstoß auswirken.

Foto: Fraunhofer IFF

Die Vorgehensweise der Wissenschaftler: Sie beschweren ein Pendel mit verschiedenen Gewichten. Dann stoßen sie es gegen verschiedene Körperstellen der Studienteilnehmer, die unterschiedlich groß und schwer sind. Eine spezielle Sensorfolie am Pendel misst, mit welchem Druck das Pendel auf die Haut prallt. Und ein Sensor ermittelt unter anderem wie lange die höchste Kraft auf eine bestimmte Körperstelle einwirkt. „Somit können wir alle relevanten Messgrößen wie Kraft, Druckverteilung, Aufprallgeschwindigkeit sowie Impuls und Energie ermitteln“, erklärt Dr. Norbert Elkmann. Er leitet das Geschäftsfeld Robotersysteme am IFF.

Haut wird nach Schwellungen und Blutergüssen untersucht

Wie schmerzhaft die „Pendelschläge“ waren, können die Probanden dann auf einer fünfstelligen Skala angeben. Medizinisch begleitet wird die Studie vom Institut für Rechtsmedizin, der Klinik für Dermatologie, der Klinik für Unfallchirurgie sowie dem Institut für Neuroradiologie des Uniklinikums der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Die Mediziner untersuchen die Hautstellen der Studienteilnehmer mehrmals nach Schwellungen und Hämatomen. 

Auch Nutzen für Haushalt und Rechtsmedizin

Die Ergebnisse könnten auch außerhalb der Robotik nützlich sein. Für den Haushalt zum Beispiel, wo Roboter künftig noch mehr Aufgaben übernehmen werden als Böden zu wischen oder den Rasen zu mähen. Auch dort dürfen Kollisionen nicht gefährlich werden. Außerdem könnten Kriminalpolizei und Rechtsmedizin von der Studie profitieren. Zum Beispiel bei der Untersuchung von Gewaltopfern: Künftig lassen sich von Blutergüssen Rückschlüsse darauf ziehen, wie stark jemand geschlagen wurde.

Die Studie soll bis Ende dieses Jahres laufen. Eine Verlängerung ist geplant. Nach und nach soll der Kreis der Probanden vergrößert werden. Anvisiert ist, die Resultate als international gültige Standards zu formulieren. Die ersten Zwischenergebnisse stellen die Fraunhofer-Forscher auf dem derzeit laufenden Roboterkongreses ICRA (International Conference on Robotics and Automation) in Hongkong vor. 

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