ARC ANGEL: NASAs innovatives System reduziert Armermüdung im Sub-1G-Training

Johnson Space Center, Houston, TX

Das aktive Steuerungssystem von ARC ANGEL kann das Gewicht verschiedener Handwerkzeuge automatisch entlasten und so Armermüdung während des Sub-1G-Trainings vorbeugen. (Bild: NASA)

Hintergrund: ARGOS-System

Innovatoren am NASA Johnson Space Center (JSC) haben ein irdisches robotergestütztes Trainingsystem namens „ARGOS“ entwickelt. Es kann die Schwerelosigkeit eines Astronauten im Weltraum aktiv simulieren, indem es ein Überkopf-Laufbahn- und Brückenantriebssystem nutzt, um das Gewicht des Testobjekts teilweise oder vollständig über angebrachte Kabel zu entlasten und es effektiv vom Boden abzuheben. Obwohl Rumpf und Beine des Testobjekts entlastet werden, sind dessen Arme und schwere Handwerkzeuge davon nicht betroffen.

Die ARC ANGEL-Technologie

Die Technologie Actuated Realtime Control for ARGOS Negation of Gravitational Effects on the Limbs (ARC ANGEL) wurde entwickelt, um die Arme eines raumanzugtragenden Testobjekts zu entlasten und die Ermüdung bei Trainingsaktivitäten mit ARGOS entgegenzuwirken. Wie ARGOS nutzt ARC ANGEL computergesteuerte aktive Kabelspannung zur Entlastung. Kabel werden zwischen Armmanschetten direkt über jedem Ellenbogen und motorisierten Trommeln gespannt, die am rucksackartigen Primary Life Support System (PLSS) des Raumanzugs montiert sind.

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten

Diese aktive Entlastungstechnologie könnte für zahlreiche Anwendungen jenseits der Simulation von Null-bis-eins-G-Umgebungen genutzt werden. Beispielsweise könnte ein Patient bei der Schulterrehabilitation von Bewegungsunterstützung profitieren, die Armgewicht oder Greiflast entlastet; ein Bauarbeiter könnte schwere Werkzeuge leichter handhaben; oder sie könnte das Equipmentgewicht für Militärpersonal ausgleichen und so Gliedmaßenermüdung vorbeugen.

Technische Umsetzung

ARC ANGEL ist ein aktives Robotersystem wie ARGOS; jedoch ist sein Elektromotor nicht an einer Überkopf-Laufbahn und Brückensystem montiert, sondern am rucksackartigen PLSS des Testobjekts, wo der/die Motor(en) Echtzeit-Aktuierungsmoment zur Entlastung der Oberarme über Kabel liefern. Wenn ein Testobjekt einen Hammer aufhebt, reagiert das System sofort und entlastet das Gewicht des Hammers relativ zur programmierten Umgebung.

Das System besteht aus Elektromotor(en), Textilkomponenten, Elektronikhardware, Firmware und Software. Um einen reibungslos funktionierenden Arm-Entlastungsanalogon zu gewährleisten und die Systemleistung zu optimieren, programmierten Ingenieure am JSC Software, die kinematische Algorithmen und eine Closed-Loop-Architektur für die Motorsteuerung sowie benutzerdefinierte Computerskripts zur Verarbeitung von Sensordaten nutzt. Dies ermöglicht eine nahtlose Integration der ARC-ANGEL-Teilysteme und eine präzise Simulation von Ein-bis-Null-G-Umgebungen.

Sensorik und Benutzeroberfläche

Während des Betriebs erfassen kompakte Kraftsensoren und Trägheitsmesseinheiten (IMUs) Armgewicht und -bewegung und liefern ein Closed-Loop-Regelsystem, das Daten an einen Single-Board-Computer und die erforderliche Firmware zur Verarbeitung weiterleitet. Eine benutzerdefinierte grafische Benutzeroberfläche wurde intern entwickelt, um Steuerelemente für die Eingabe gewünschter Arm-Entlastungswerte bereitzustellen.

Unabhängige Stromversorgung und terrestrisches Potenzial

Zusätzlich verfügt ARC ANGEL über eine eigene Stromversorgung, die seine Teilsysteme ohne externe Kabel mit Energie versorgt. Dies ermöglicht die eigenständige Funktion unabhängig von ARGOS und eignet sich weiter für potenzielle terrestrische Anwendungen. Diese Arbeit korreliert direkt mit der Entwicklung aktiver Exosuits, die für Rehabilitations- und/oder assistive Medizinprodukte implementiert werden. ARC ANGEL bietet im Wesentlichen eine gewünschte Unterstützung (Entlastung) bei Erhaltung des vollen Bewegungsumfangs des Testobjekts. Die Systemhardware und -software können so angepasst werden, dass sie eine Person ohne Raumanzug individuell passen und auf gliedmaßenunterstützte Bewegung ausgerichtet sind – nicht nur auf Armentlastung.

Die NASA sucht aktiv Lizenznehmer zur Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte kontaktieren Sie NASAs Licensing Concierge unter: Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein. oder rufen Sie an unter 202-358-7432, um Lizenzgespräche zu initiieren. Weitere Informationen finden Sie hier.