ARC Angel:Das innovative System der NASA reduziert die Ermüdung der Arme beim Sub-1G-Training

Johnson Space Center, Houston, TX

Das aktive Steuerungssystem von ARC ANGEL kann das Gewicht verschiedener Handwerkzeuge automatisch entlasten und so einer Ermüdung der Arme beim Training unter 1G vorbeugen. (Bild:NASA)

Innovatoren am NASA Johnson Space Center (JSC) haben ein erdgebundenes Robotertrainingssystem namens „ARGOS“ entwickelt. Es kann die Schwerelosigkeit eines Astronauten im Weltraum aktiv simulieren, indem es eine Landebahn und ein Brückenantriebssystem verwendet, um sein Gewicht mithilfe angebrachter Kabel teilweise oder vollständig zu entlasten und ihn so effektiv vom Boden abzuheben. Der Oberkörper und die Beine der Testperson werden zwar entlastet, ihre Arme und etwaige schwere Handwerkzeuge jedoch nicht.

Die Actuated Realtime Control for ARGOS Negation of Gravitational Effects on the Limbs (ARC ANGEL)-Technologie wurde entwickelt, um die Arme einer weltraumtauglichen Testperson zu entlasten und der Ermüdung entgegenzuwirken, die bei der Durchführung von Trainingsaktivitäten mit ARGOS auftritt. ARC ANGEL ermöglicht wie ARGOS die Entladung über eine computergesteuerte aktive Seilspannung. Die Kabel sind zwischen den Armmanschetten direkt über jedem Ellbogen und einer oder mehreren motorisierten Spulen gespannt, die am rucksackartigen Primären Lebenserhaltungssystem (PLSS) des Raumanzugs montiert sind.

Diese aktive Entlastungstechnologie könnte zusätzlich zur Simulation von Null- bis Ein-G-Umgebungen für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise könnte ein Patient, der seine Schulter rehabilitiert, von einer Bewegungsunterstützung profitieren, die das Armgewicht oder die Greiflast entlastet, ein Bauarbeiter, der ein schweres Werkzeug trägt, könnte es einfacher handhaben, oder es könnte das Gewicht der Ausrüstung für Militärangehörige ausgleichen und so letztendlich einer andernfalls auftretenden Ermüdung der Gliedmaßen vorbeugen.

ARC ANGEL ist ein aktives Robotersystem wie ARGOS; Der Elektromotor ist jedoch nicht über Kopf an einem Landebahn- und Brückensystem montiert, sondern am rucksackähnlichen PLSS des Testsubjekts, wo der/die Motor(en) über Kabel ein Betätigungsdrehmoment in Echtzeit liefert, das die Oberarme entlastet. Wenn eine Testperson einen Hammer aufnimmt, reagiert das System sofort und entlastet das Gewicht des Hammers relativ zur programmierten Umgebung.

Das System besteht aus einem oder mehreren Elektromotoren, Soft-Goods, Elektronik-Hardware, Firmware und Software. Um einen reibungslos funktionierenden Arm bereitzustellen, der Analogsignale entlastet und die Systemleistung optimiert, haben die Ingenieure von JSC Software programmiert, die kinematische Algorithmen und eine Closed-Loop-Architektur für die Motorsteuerung sowie benutzerdefinierte Computersprachenskripte zur Erfassung von Sensordaten nutzt. Dadurch können die Subsysteme von ARC ANGEL nahtlos integriert werden und Ein- bis Null-G-Umgebungen genau simulieren.

Während des Betriebs erfassen kompakte Spannungssensoren und Trägheitsmesseinheiten das Gewicht und die Bewegung des Arms und stellen ein Regelsystem bereit, das die Daten zur Verarbeitung an einen Einplatinencomputer und die erforderliche Firmware weiterleitet. Außerdem wurde intern eine benutzerdefinierte grafische Benutzeroberfläche entwickelt, um Steuerelemente für die Eingabe gewünschter Arm-Entlastungswerte bereitzustellen.

Darüber hinaus verfügt ARC ANGEL über ein eigenes Netzteil, das seine Unterkomponenten ohne externe Kabel mit Strom versorgt. Dies ermöglicht einen unabhängigen Betrieb von ARGOS und eignet sich außerdem für potenzielle terrestrische Anwendungen. Diese Arbeit steht in direktem Zusammenhang mit der Entwicklung aktiver Exoanzüge, die für Rehabilitations- und/oder unterstützende medizinische Geräte umgesetzt werden. ARC ANGEL bietet im Wesentlichen die gewünschte Unterstützung (Entlastung) und behält gleichzeitig den vollen Bewegungsumfang eines Subjekts bei. Die Systemhardware und -software kann so modifiziert werden, dass sie individuell an eine Person ohne Raumanzug angepasst werden kann und eine durch die Gliedmaßen unterstützte Bewegung ermöglicht – nicht nur die Armentlastung.

Die NASA sucht aktiv nach Lizenznehmern für die Kommerzialisierung dieser Technologie. Bitte wenden Sie sich an den Licensing Concierge der NASA unter Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt. Um es anzuzeigen, muss JavaScript aktiviert sein. oder rufen Sie unter 202-358-7432 an, um Lizenzgespräche zu beginnen. Weitere Informationen finden Sie hier  .